Szczepionki nowej generacji

Szczepionki nowej generacji —
wyrafinowana metoda walki z
infekcją
Czytelnik śledzący doniesienia mediów i prasę naukową z pewnością
napotkał na pojawiające się tu i ówdzie wyrazy zaniepokojenia związanego
ze stosowaniem szczepionek. Czy szczepienia mogą bardziej zaszkodzić niż
pomóc? Jakie są rodzaje szczepionek i na czym polega różnica między
metodami klasycznymi a szczepionkami nowej generacji? Wiedza z
zakresu immunologii oraz biologii patogenów pozwala na stosowanie
coraz bardziej wyrafinowanych metod ochrony naszego zdrowia przed
czynnikami infekcyjnymi.
Szczepionki to produkty farmakologiczne zawierające jeden lub więcej czynników
wywołujących reakcję układu immunologicznego. Czynniki te mogą występować w
różnych formach biologicznych. Konwencjonalne metody chroniące przed ostrymi
zakażeniami opierają się na naśladowaniu naturalnej infekcji, prowadząc do
wytworzenia przeciwciał i komórek pamięci zanim organizm zetknie się z
właściwym czynnikiem zakażającym. Stosuje się tu kilka rodzajów szczepionek.
Szczepionki naturalne zawierają żywy, niepatogenny mikroorganizm,
zapewniający ochronę przed innym patogenem. Takie podejście zastosowano do
zwalczenia wirusa ospy prawdziwej przy użyciu niegroźnego dla człowieka wirusa
ospy krowiej (przeciwciała skierowane przeciwko antygenom powierzchniowym
wirusa krowianki neutralizowały także wirusy ospy prawdziwej). Szczepionki
atenuowane zawierają żywy, lecz osłabiony patogen, którego zjadliwość obniżana
jest przez kilkukrotne pasażowanie patogenu w hodowlach komórkowych lub
zwierzętach (jak np. szczepionka Sabina przeciw polio). Szczepionki
inaktywowane zawierają nieżywy patogen uszkadzany przy pomocy ciepła,
promieniowania lub środków chemicznych, którego cząstki wciąż pozostają
immunogenne.
Stosowanie tego rodzaju szczepionek niesie ze sobą pewne ryzyko związane z
możliwością odtworzenia funkcjonalnego patogenu, wywołania niekorzystnych
reakcji alergicznych lub też z niewystarczającą ochroną (wynikającą np. ze zmiany
struktury patogenu). Na przeciw problemowi odtworzenia funkcjonalnego
patogenu wychodzą szczepionki podjednostkowe wykorzystujące fakt, iż do
wywołania reakcji immunologicznej wystarczą jedynie pewne elementy
strukturalne patogenu lub np. inaktywowane toksyny. W skład tego rodzaju
szczepionek wchodzą m. in. białka otoczki wirusów lub polisacharydy otoczek
bakteryjnych.
Szczepionki rekombinowane, zwane też szczepionkami nowej generacji,
uzyskiwane są przy pomocy metod inżynierii genetycznej.
Wyróżniamy wśród nich szczepionki delecyjne zawierające żywy rekombinowany
patogen, uzyskany poprzez usunięcie genów odpowiedzialnych za wirulencję, ale
niekoniecznych do namnożenia i przeżycia. Rekombinowany wirus w tym
przypadku nie wywołuje choroby, jednak wciąż pozostaje immunogenny.
Szczepionki wektorowe wykorzystują żywe niepatogenne wirusy lub bakterie, do
których genomu włączono geny kodujące antygen chorobotwórczego
mikroorganizmu. Takim wektorem wyrażającym obcy antygen jest np. wirus
krowianki. Rekombinowane szczepionki podjednostkowe (składające się z białek
lub glikoprotein) oraz szczepionki peptydowe (składające się z samych epitopów)
uzyskiwane są w różnych systemach ekspresyjnych, takich jak systemy bakteryjne
lub roślinne. Składają się one z oczyszczonych białek lub peptydów. Peptydy
najczęściej połączone są z nośnikiem białkowym lub występują w postaci białek
fuzyjnych, co chroni je przed strawieniem. Krótkie peptydy tworzące
zidentyfikowany epitop mogą być także syntetyzowane na drodze chemicznej.
Jedną z najnowocześniejszych form szczepionek są szczepionki DNA, zwane też
plazmidowymi, kodujące peptydy eksprymowane bezpośrednio w komórkach
zaszczepionego organizmu. Istnieją różne metody wprowadzania obcego DNA do
komórek, takie jak elektroporacja in vivo DNA podanego domięśniowo lub
wstrzeliwanie DNA do komórek skóry metodą „gene-gun”. Szczepionki DNA dają
możliwość syntezy łańcuchów złożonych z szeregu różnych epitopów, które są
zbyt długie, by uzyskać je na drodze syntetycznej.
Szczepionki rekombinowane dają możliwość ochrony tam, gdzie dotychczasowe
metody okazywały się niewystarczające.
Dotyczy to szczególnie infekcji chronicznych takich jak zapalenie wątroby typu C
czy zakażenie wirusem HIV, a także nowotworów. Podczas infekcji chronicznych
wirus ewoluuje pod wpływem presji selekcyjnej układu immunologicznego
gospodarza, przez co ilość epitopów nie jest optymalna do wywołania właściwej
odpowiedzi; innymi słowy stężenie antygenu jest często zbyt niskie, by
wystarczająco zmobilizować układ immunologiczny do zniszczenia intruza. Nowe
podejście polegające na tworzeniu rekombinowanych antygenów wywołujących
silniejszą odpowiedź immunologiczną nosi nazwę „wzmocnienia epitopu”
(ang.epitope enhancement).
W naszym organizmie peptydowe epitopy związane z cząsteczkami MHC klasy I i
II prezentowane są odpowiednio limfocytom T cytotoksycznym i pomocniczym.
Istnieją co najmniej trzy strategie wykorzystujące zmodyfikowane sekwencje
epitopów. Łańcuchy boczne modyfikuje się w taki sposób, aby wzmocnić ich
oddziaływanie z cząsteczkami MHC i co za tym idzie, stymulację limfocytów T.
Modyfikacje mogą także wpływać na siłę wiązania z receptorami limfocytów T, co
wzmaga odpowiedź immunologiczną, jednocześnie dając przewagę komórkom
stymulowanym peptydami modyfikowanymi w stosunku do stymulowanych dzikim
typem peptydu. Trzecia możliwość to tworzenie chimerycznych peptydów
zawierających sekwencje różnych szczepów patogenu, które wywołałyby krzyżową
aktywację limfocytów T. Skuteczniejsze działanie szczepionek rekombinowanych
można uzyskać również poprzez dodanie cytokin i cząsteczek ko-stymulujących
wzmacniających odpowiedź immunologiczną.
W dążeniu do uzyskania szczepionki idealnej przyświecają takie cele jak:
całkowita efektywność polegająca na ochronie przed różnymi odmianami
patogenu nawet przy przedłużonym kontakcie, a także ochrona przed
nosicielstwem, najlepiej na całe życie po pojedynczej dawce;
bezpieczeństwo wykluczające odtworzenie funkcjonalnych form wirusa
oraz minimalizujące skutki uboczne; stabilność, dzięki której właściwości
szczepionki nie ulegną zmianie w czasie przechowywania oraz możliwość
taniej i szeroko zakrojonej produkcji. Być może nowe osiągnięcia
inżynierii genetycznej pozwolą uczynić kolejny krok naprzód w dziedzinie
wakcynologii, a także pozwolą poszerzyć możliwości ochrony poza choroby
infekcyjne.
Monika Kossakowska
Piśmiennictwo:
J. A. Berzofsky, J. D. Ahlers, I. M. Belyakov, Strategies for designing and
optimizing new generaltion vaccines, „Nature Reviews. Immunology” (2005).
Data publikacji: 13.06.2016r.