Cómo funcionan las vacunas: de la viruela bovina al ARNm

Qué es una vacuna

Una vacuna es un preparado biológico que entrena al cuerpo para defenderse de una enfermedad concreta antes de encontrarse con ella de verdad. Los médicos llaman a la protección que ofrece inmunidad activa adquirida: activa, porque el trabajo lo hace el propio sistema inmunitario del cuerpo, y adquirida, porque la protección se aprende a lo largo de la vida en lugar de heredarse al nacer.

La mayoría de las vacunas contienen algo que se parece a un microorganismo causante de enfermedad, pero que no puede provocar la enfermedad completa. Puede ser una forma debilitada o muerta del microbio, una versión inactivada de una toxina que produce, una sola proteína de su superficie o unas instrucciones genéticas que permiten a las propias células del cuerpo fabricar esa proteína durante un tiempo breve. El sistema inmunitario trata a este doble inofensivo como una amenaza, lo destruye y, lo más importante, lo recuerda. Si más adelante aparece el germen real, el cuerpo lo reconoce con rapidez y lo combate, a menudo antes de que surja ningún síntoma.

La mayoría de las vacunas se usan para prevenir enfermedades infecciosas causadas por virus y bacterias, como el sarampión, la poliomielitis, el tétanos o la gripe. Algunas también protegen contra el cáncer: la vacuna contra el virus del papiloma humano (VPH) previene infecciones que pueden provocar cáncer de cuello uterino, y la vacuna contra la hepatitis B reduce el riesgo de un tipo de cáncer de hígado. Los científicos también desarrollan vacunas terapéuticas contra el cáncer, cuyo objetivo es ayudar al sistema inmunitario a atacar tumores que ya existen.

Cómo entrenan las vacunas al sistema inmunitario

Para entender las vacunas, conviene saber cómo responde el sistema inmunitario ante un invasor nuevo. Cada germen lleva en su superficie moléculas, a menudo proteínas, que el cuerpo puede identificar como extrañas. Estas moléculas se llaman antígenos. Cuando el sistema inmunitario se topa con un antígeno desconocido, pone en marcha una respuesta que tarda días en desarrollarse. Ese retraso explica por qué una primera infección por una enfermedad nueva puede hacer que una persona enferme gravemente.

Los protagonistas principales

• Los linfocitos B producen anticuerpos, proteínas en forma de Y que se unen a un antígeno concreto. Los anticuerpos pueden impedir que un virus entre en las células o marcar bacterias para que sean destruidas.
• Los linfocitos T colaboradores coordinan la respuesta y ayudan a los linfocitos B a fabricar mejores anticuerpos.
• Los linfocitos T citotóxicos localizan y destruyen las células del propio cuerpo que han sido infectadas por un virus.
• Las células de memoria son linfocitos B y T de larga vida que permanecen cuando la infección ha terminado. Son el verdadero objetivo de la vacunación.

Una vacuna organiza un ensayo general. Como el antígeno que aporta no puede causar la enfermedad completa, el cuerpo tiene tiempo de pasar sin peligro por la lenta primera respuesta. Las células de memoria que quedan hacen que un encuentro posterior con el patógeno real desencadene una reacción mucho más rápida y fuerte. En muchas enfermedades, esa es la diferencia entre una enfermedad grave y no enfermar en absoluto.

Refuerzos y adyuvantes

Algunas vacunas dan protección de por vida tras una o dos dosis, mientras que otras necesitan dosis repetidas, llamadas refuerzos, para mantener la inmunidad fuerte. La protección contra el tétanos, por ejemplo, disminuye con los años, por lo que se aconseja a los adultos recibir dosis de refuerzo. Muchas vacunas contienen además un adyuvante, un ingrediente que intensifica la respuesta inmunitaria. Las sales de aluminio se utilizan como adyuvantes desde hace muchas décadas. Los adyuvantes permiten que una vacuna funcione bien con una cantidad menor de antígeno.

De las costras de viruela a la viruela bovina: el nacimiento de la vacunación

Mucho antes de que nadie supiera que existían los gérmenes, la gente observó que los supervivientes de la viruela casi nunca volvían a contraerla. La viruela fue una de las enfermedades más mortíferas de la historia humana, y muchas sociedades intentaron aprovechar esta observación. En una práctica llamada variolización, se exponía deliberadamente a personas sanas a material de las pústulas de viruela, normalmente a través de un pequeño corte en la piel o, en China, soplando costras pulverizadas dentro de la nariz. La variolización solía causar una enfermedad más leve que la viruela natural, pero era arriesgada: algunas personas morían, y los infectados podían contagiar la enfermedad a otros.

La variolización se practicó durante siglos en partes de Asia y África y en el Imperio otomano. En 1721 la promovió en Inglaterra lady Mary Wortley Montagu, que la había visto en Constantinopla e hizo inocular a sus propios hijos. Ese mismo año, durante una epidemia de viruela en Boston, el pastor Cotton Mather fomentó la práctica después de conocerla gracias a Onésimo, un africano esclavizado que le describió cómo se hacía en su tierra natal.

El paso decisivo lo dio el médico rural inglés Edward Jenner. Los granjeros decían desde hacía tiempo que las ordeñadoras que contraían la viruela bovina, una enfermedad leve que se contagiaba de las vacas, no enfermaban de viruela. En 1796 Jenner puso a prueba esta idea. Tomó material de una pústula de viruela bovina de la mano de una ordeñadora, Sarah Nelmes, y lo introdujo en un pequeño corte en el brazo de James Phipps, el hijo de ocho años de su jardinero. Más tarde expuso al niño a material de viruela, y el niño no enfermó. El método de Jenner era mucho más seguro que la variolización y se difundió con rapidez por Europa y más allá.

La palabra vacuna procede del latín vacca, que significa vaca, un recordatorio del origen del método en la viruela bovina. Más tarde, el científico francés Louis Pasteur propuso usar las palabras vacuna y vacunación para todos los tratamientos preventivos de este tipo, en honor al trabajo de Jenner.

Pasteur y la era de las vacunas de laboratorio

Jenner había encontrado un afortunado atajo natural: una enfermedad emparentada y más leve. Louis Pasteur demostró a finales del siglo XIX que los científicos podían crear gérmenes debilitados a propósito. Trabajando con el cólera aviar, su equipo descubrió que las bacterias procedentes de cultivos viejos perdían gran parte de su capacidad de causar enfermedad, pero aun así protegían a las gallinas frente a bacterias frescas y peligrosas. Pasteur comprendió que debilitar, o atenuar, microbios en el laboratorio era un método general.

Aplicó la idea al carbunco, una enfermedad que mataba al ganado, y presentó una vacuna contra el carbunco en un famoso experimento público con ovejas en 1881. En 1885, él y sus colaboradores trataron a Joseph Meister, un niño al que había mordido un perro rabioso, con una serie de inyecciones de un preparado atenuado contra la rabia. El niño sobrevivió, y el éxito hizo a Pasteur famoso en todo el mundo. La rabia tiene un periodo de incubación inusualmente largo, y por eso una vacuna administrada después de una mordedura todavía puede impedir que la enfermedad se desarrolle.

En el siglo XX llegaron vacunas contra la difteria, el tétanos, la tos ferina, la tuberculosis, la fiebre amarilla, la gripe, la poliomielitis, el sarampión, las paperas, la rubéola y muchas otras enfermedades. Las vacunas contra la polio desarrolladas por Jonas Salk (una vacuna inactivada inyectable, introducida en 1955) y Albert Sabin (una vacuna oral de virus vivos administrada en gotas) convirtieron una enfermedad que paralizaba cada año a muchos miles de niños en una que hoy está cerca de la erradicación.

Los principales tipos de vacunas

Todas las vacunas comparten un mismo objetivo, presentar al sistema inmunitario una versión segura de un antígeno, pero lo alcanzan de maneras distintas.

1. Las vacunas vivas atenuadas contienen un germen vivo pero debilitado que puede multiplicarse un poco sin causar una enfermedad grave. Como imitan muy de cerca una infección natural, suelen dar una inmunidad fuerte y duradera. Algunos ejemplos son la vacuna contra el sarampión, las paperas y la rubéola (triple vírica) y la vacuna contra la fiebre amarilla. Por lo general no se administran a personas con el sistema inmunitario muy debilitado.
2. Las vacunas inactivadas contienen gérmenes que han sido muertos con calor o productos químicos. No pueden multiplicarse, por lo que a menudo requieren varias dosis. La vacuna inyectable contra la polio y las vacunas contra la rabia son ejemplos.
3. Las vacunas de subunidades, recombinantes y proteicas usan solo partes seleccionadas de un germen, a menudo una proteína de superficie. La vacuna contra la hepatitis B fue una de las primeras fabricadas mediante ingeniería genética, utilizando células de levadura para producir la proteína del virus. La vacuna contra el VPH emplea proteínas que se ensamblan en cubiertas vacías parecidas a virus, sin material genético en su interior.
4. Las vacunas de toxoide protegen contra enfermedades en las que el daño principal procede de una toxina producida por bacterias. La toxina se inactiva químicamente para que no pueda dañar el cuerpo, pero sigue enseñando al sistema inmunitario a neutralizarla. Así funcionan las vacunas contra el tétanos y la difteria.
5. Las vacunas conjugadas unen moléculas de azúcar de la cubierta externa de una bacteria a una proteína transportadora. El sistema inmunitario de los niños pequeños responde mal a esos azúcares por sí solos, y unirlos a una proteína resuelve el problema. Las vacunas contra Haemophilus influenzae tipo b (Hib), el neumococo y el meningococo son vacunas conjugadas.
6. Las vacunas de vector viral utilizan un virus inofensivo como vehículo para llevar al interior de las células las instrucciones genéticas de un antígeno. Algunas vacunas contra la COVID-19 y una vacuna contra el ébola emplean este enfoque.
7. Las vacunas de ARNm aportan un fragmento de ARN mensajero envuelto en diminutas partículas de grasa. Las células leen las instrucciones, fabrican el antígeno durante un tiempo breve y después degradan el ARNm. El ARNm nunca entra en el núcleo de la célula y no modifica el ADN de la persona.

El gran avance del ARNm

Los científicos trabajaron durante décadas en la idea de las vacunas de ARNm, pero las primeras versiones provocaban una inflamación no deseada y se degradaban con demasiada facilidad. Un descubrimiento clave lo hicieron la bioquímica de origen húngaro Katalin Karikó y el inmunólogo estadounidense Drew Weissman, quienes descubrieron que modificar ligeramente los componentes básicos del ARNm le permitía entrar en las células sin desencadenar una reacción inflamatoria dañina. Su trabajo, junto con los avances en el empaquetado del ARNm en nanopartículas lipídicas, hizo posibles las vacunas de ARNm contra la COVID-19.

Cuando comenzó la pandemia de COVID-19, estas vacunas se diseñaron, se probaron en grandes ensayos clínicos y se autorizaron en aproximadamente un año, mucho más rápido que cualquier vacuna anterior. La rapidez se debió a años de investigación previa, a ensayos muy grandes que llevaron a cabo distintas fases en paralelo y a gobiernos que financiaron la fabricación antes de conocer los resultados, no a saltarse pasos de seguridad. En 2023 Karikó y Weissman recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus descubrimientos. Como una vacuna de ARNm puede rediseñarse simplemente cambiando la secuencia genética, los investigadores están probando ahora esta tecnología contra otras infecciones y contra el cáncer.

Inmunidad de grupo: una protección que se extiende

Las vacunas no protegen solo a quien las recibe. Cuando suficientes personas de una comunidad son inmunes, un germen no encuentra bastantes huéspedes nuevos para seguir propagándose, y los brotes se extinguen. Este efecto se llama inmunidad de grupo o inmunidad colectiva. Protege a quienes no pueden vacunarse, como los recién nacidos, algunas personas con enfermedades graves y aquellas cuyo sistema inmunitario no responde bien a las vacunas.

La proporción de personas que deben ser inmunes depende de lo contagiosa que sea una enfermedad. El sarampión es una de las enfermedades más contagiosas que se conocen, por lo que se necesita una cobertura de vacunación de alrededor del 95 % para evitar brotes. Cuando la cobertura baja, aunque sea en una sola ciudad o escuela, el sarampión puede volver rápidamente.

Grandes logros en cifras

• La viruela mató a cientos de millones de personas solo en el siglo XX. Una campaña mundial de vacunación dirigida por la Organización Mundial de la Salud (OMS) localizó y contuvo los últimos brotes, y en 1980 la Asamblea Mundial de la Salud declaró erradicada la viruela. Fue la primera enfermedad humana eliminada del planeta.
• La peste bovina, una enfermedad devastadora del ganado, fue declarada erradicada en 2011: la segunda enfermedad eliminada por completo, de nuevo gracias a la vacunación.
• Los casos de poliomielitis han disminuido más de un 99 % desde que en 1988 comenzó una iniciativa mundial de erradicación, y el poliovirus salvaje sobrevive solo en un número muy reducido de países.
• La OMS puso en marcha en 1974 su Programa Ampliado de Inmunización para llevar las vacunas infantiles básicas a todos los países. Hoy se calcula que las vacunas evitan varios millones de muertes cada año.

Cómo se comprueba la seguridad de las vacunas

La seguridad y la eficacia de las vacunas figuran entre los temas más estudiados de la medicina. Antes de aprobarse, una vacuna pasa por estudios de laboratorio y después por ensayos clínicos en varias fases: primero pequeños grupos de voluntarios, luego cientos y a menudo decenas de miles de personas, comparando los resultados con un grupo que no recibió la vacuna. Las autoridades reguladoras revisan los datos antes de permitir su uso.

La vigilancia continúa después de la aprobación. Las agencias sanitarias mantienen sistemas de notificación y grandes estudios que buscan efectos secundarios raros que solo aparecen cuando se vacuna a millones de personas. Las reacciones más comunes son leves y pasajeras: dolor en el brazo, algo de fiebre o cansancio durante uno o dos días, señales de que el sistema inmunitario está respondiendo. Las reacciones alérgicas graves son muy raras, y por eso se suele pedir a las personas que esperen unos minutos tras la inyección.

Las vacunas también se han enfrentado a la desinformación. Un artículo de 1998 que afirmaba que existía una relación entre la vacuna triple vírica y el autismo resultó ser fraudulento y fue retirado, y su autor principal perdió su licencia médica. Numerosos estudios de gran tamaño con millones de niños no han encontrado tal relación. Aun así, el miedo que generó contribuyó a la caída de las tasas de vacunación y a brotes de sarampión en varios países.

Datos poco conocidos sobre las vacunas

• El virus que se utiliza en la vacuna moderna contra la viruela se llama vaccinia. Los estudios genéticos muestran que está emparentado con la viruela bovina, pero no es idéntico a ella, y su origen exacto sigue siendo objeto de debate.
• Muchas vacunas contra la gripe se siguen cultivando en huevos de gallina, por lo que antes se aconsejaba precaución a las personas con alergia grave al huevo. Los métodos más nuevos usan cultivos celulares en su lugar.
• Las vacunas contra la gripe se actualizan con regularidad porque el virus de la influenza cambia constantemente. Los expertos de la OMS recomiendan nuevas composiciones de cepas dos veces al año, una para el hemisferio norte y otra para el hemisferio sur.
• No todas las vacunas son inyecciones. Existen vacunas orales contra la polio, el rotavirus y el cólera, y un tipo de vacuna contra la gripe se pulveriza en la nariz.
• Muchas vacunas deben mantenerse frías, normalmente entre 2 y 8 °C, desde la fábrica hasta el centro de salud. Esta cadena de frigoríficos, neveras portátiles y congeladores se conoce como cadena de frío, y mantenerla en zonas remotas es uno de los mayores retos de la inmunización mundial.
• Las vacunas también protegen a los animales. En partes de Europa, cebos con vacuna lanzados desde aviones para los zorros salvajes ayudaron a eliminar la rabia de los zorros en varios países.

Por qué las vacunas siguen siendo importantes

Muchas enfermedades que antes llenaban los hospitales, como la difteria, la tos ferina y el sarampión, se han vuelto raras en los lugares con altas tasas de vacunación. Como hoy pocas personas han visto estas enfermedades, es fácil olvidar lo peligrosas que eran. Sin embargo, los gérmenes no han desaparecido y pueden volver en cuanto la inmunidad de una población se debilita.

La investigación continúa en vacunas contra enfermedades que todavía son difíciles de prevenir, como la malaria, la tuberculosis y el VIH. En 2021 la OMS recomendó la primera vacuna contra la malaria para su uso amplio en niños de regiones donde la enfermedad es frecuente, un logro que costó décadas de trabajo porque el parásito de la malaria es mucho más complejo que un virus. Desde el experimento de Jenner con la viruela bovina de una ordeñadora hasta las vacunas diseñadas en un ordenador a partir de un código genético, la idea sigue siendo la misma: enseñar al cuerpo con antelación para que esté preparado cuando llegue el peligro real.