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Los vectores virales han surgido como herramientas potentes en la terapia génica, la viroterapia oncolítica y el desarrollo de vacunas genéticas debido a su capacidad natural para administrar material genético en las células huésped. Aprovechan el tropismo natural de los virus y los mecanismos de transducción, facilitando la expresión génica transitoria y a largo plazo. Son capaces de sobrevivir en el entorno extracelular, de unirse a un receptor celular específico (que define el tropismo viral) y promover su internalización, de secuestrar la maquinaria de expresión génica de la célula huésped e impulsar la expresión de sus propios genes, y de eludir los sensores intracelulares y unidos a la membrana del brazo inmune innato 1,2. De esta manera, después de una infección viral productiva, los virus transforman las células en fábricas de progenie viral que propagan nuevos virus en el organismo, causando eventualmente una enfermedad.
Los virus de tipo salvaje pueden transformarse en una herramienta biotecnológica mediante ingeniería genética: su genoma puede manipularse fácilmente para conservar la capacidad de transducción y obtener un resultado clínico. Sobre la base de su aplicación clínica, los vectores virales pueden diseñarse para retener (al menos en parte) o ser ablacionados en su competencia de replicación para generar vectores competentes o incompetentes para la replicación 3,4.
Los virus competentes para la replicación están destinados principalmente a fines de virus oncolíticos. Las células cancerosas, a menudo deficientes en defensas antivirales1, permiten la replicación de virus recombinantes atenuados diseñados mediante la eliminación de genes de virulencia. Estos virus se replican selectivamente en los tumores sin afectar el tejido normal. A medida que ha avanzado la comprensión de la virología, los virus atenuados han sido reemplazados por modificaciones genómicas más precisas diseñadas para mejorar tanto la seguridad como la eficacia terapéutica.
Entre los campos de interés que requieren ingeniería molecular quirúrgica de genomas virales se encuentran: i) Virus oncolíticos condicionales de replicación, donde los promotores virales se reemplazan con promotores asociados a tumores (promotores celulares sobretranscritos en células tumorales), restringiendo así la expresión génica viral a células enfermas5. ii) Virus con tropismo alterado 6,7, donde las glicoproteínas de la envoltura que determinan la infección pueden modificarse o reemplazarse con fragmentos de anticuerpos o ligandos que se dirigen a proteínas sobreexpresadas en las células tumorales 8,9. iii) Virus oncolíticos armados. La muerte de células tumorales inducida por virus oncolíticos desencadena la muerte celular inmunogénica (DAI), caracterizada por la liberación de mediadores inflamatorios 1,10 y antígenos tumorales11. Estas señales promueven el reconocimiento eficiente de antígenos tumorales por parte del sistema inmunológico, restaurando la vigilancia12y permitiendo la combinación con inhibidores de puntos de control inmunológicos 13,14,15 y otras terapias inmunes como terapias basadas en ARN y vacunas 16.
En apoyo de este efecto inmunoterapéutico, los transgenes de interés pueden codificarse dentro del genoma viral, explotando así el virus no solo por su actividad oncolítica sino también para mejorar su potencial inmunoterapéutico a través de la producción in situ de cargas útiles relevantes 3,7,17,18,19. Estas cargas útiles pueden comprender citocinas, quimiocinas, anticuerpos, genes suicidas y antígenos 3,20. La inserción requiere precisión, con regiones intergénicas del genoma viral preferidas para minimizar la interrupción de los genes virales y preservar la replicación y la potencia7. Por lo tanto, son esenciales las técnicas que permiten el cribado tanto de los sitios de inserción óptimos como de los transgenes de interés.
Por otro lado, en el contexto de los virus no replicativos, utilizados para la terapia génica o como vehículos para vacunas genéticas, es importante que el vector viral administre el transgén (ya sea transitoriamente o de larga duración) sin replicarse en la célula huésped para evitar la toxicidad21. Los vectores adenovirales se caracterizan por una alta eficiencia de transducción, una expresión robusta de transgenes y la capacidad de infectar células en división y no en división3. Estas propiedades las han convertido en las primeras de su clase para el desarrollo de vacunas genéticas, incluidas las de enfermedades infecciosas emergentes, como la COVID-19, así como las terapias de reemplazo genético22. El ejemplo más famoso de un vector adenoviral que ha llegado al mercado es la vacuna COVID-19 de Oxford-AstraZeneca, conocida con el nombre comercial de Covishield o Vaxzevria, basada en un adenovirus de chimpancé modificado, ChAdOx1, que codifica para la proteína Spike del SARS-CoV-2. Cuando se inyecta por vía intramuscular, Covishield es capaz de penetrar en el interior de las células e inducir la expresión de la proteína Spike, preparando al sistema inmunitario para montar una respuesta inmunitaria contra ella3.
Existe una clara necesidad de modificar los genomas virales sin estar limitado por sitios de reconocimiento de enzimas de restricción. Entre los virus oncolíticos, los vectores basados en el virus del herpes simple-1 (VHS-1) ofrecen ventajas únicas, incluida la capacidad lítica, la seguridad y el gran tamaño del genoma, lo que permite la inserción de transgenes considerables o múltiples elementos genéticos23,24. Más allá del VHS, muchos otros virus muestran una promesa terapéutica, como se revisó recientemente en Sasso et al.3. En lugar de un vector universal "el mejor de su clase", las diferentes plataformas virales se adaptan a distintas necesidades terapéuticas3. Actualmente, los sistemas de recombinación homóloga en bacterias o la clonación híbrida de levaduras y bacterias siguen siendo las alternativas más comunes a las enzimas de restricción, pero son laboriosas, de varios pasos e ineficientes25.
Una alternativa emergente es el uso de CRISPR/Cas9, aplicado recientemente para diseñar genomas de virus, incluidos el virus vaccinia (VV), el virus del herpes simple y los vectores adenovirales. Cas9 es atractivo para la inactivación de genes a través de mutaciones indel, pero se vuelve menos práctico cuando se requieren múltiples cortes para eliminar segmentos del genoma o insertar un transgén a través del ADN del donante. Además, la edición está limitada por el diseño del ARNg, los efectos fuera del objetivo en los genomas virales y del huésped, y la dependencia de las secuencias de PAM en regiones de interés25.
Con esto en mente, y a través de dos ejemplos basados en HSV y adenovirus, este artículo ilustra el método de recombinación, que se puede aplicar ampliamente, desde virus hasta bacteriófagos, plásmidos complejos y diversos sistemas experimentales. La recombinación es una técnica de ingeniería genética in vivo , utilizada principalmente en Escherichia coli, que explota las proteínas de recombinación de bacteriófagos dependientes de la temperatura para catalizar la recombinación homóloga entre elementos de ADN con tan solo 30 pb de homología26. Este enfoque permite la inserción, eliminación o modificación precisas de secuencias sin depender de los sitios de restricción o el tamaño del ADN. En este manuscrito, describimos una versión basada en la cepa SW102 de E. coli inducible por calor, aunque también están disponibles cepas alternativas con sistemas inducibles específicos27.
La recombinación comienza con la preparación de células bacterianas electrocompetentes a través de un choque de temperatura controlado para activar la maquinaria de recombinación de fagos. Las moléculas de ADN que llevan los brazos de homología apropiados se electroporan. Estos pueden ser ADN bicatenario (dsDNA) generados por digestión de restricción o PCR o ADN monocatenario (ssDNA) como oligonucleótidos. La presencia de secuencias homólogas junto con proteínas de recombinación activas permite la creación de nuevas moléculas de ADN con la modificación deseada.
La recombinación de la tecnología de clonación molecular permite una ingeniería genética precisa y se aplica en diversos contextos, incluida la inserción de marcadores seleccionables o no seleccionables en plásmidos, ADN cromosómico bacteriano y cromosomas artificiales bacterianos (BAC). Los BAC son particularmente valiosos para clonar grandes fragmentos genómicos, incluido el ADN adenoviral y HSV, lo que permite la producción rápida de vectores virales. Más allá de las aplicaciones traslacionales, la recombinación también apoya la investigación básica al permitir la eliminación, modificación o reemplazo dirigidos de genes virales o dominios de proteínas. La recombinación tiene algunas limitaciones: los brazos cortos de homología dificultan la recombinación en regiones repetitivas; Los sustratos amplificados por PCR pueden introducir ocasionalmente mutaciones; y se debe conocer la secuencia de la región objetivo.