Będzie jeszcze lepsza szczepionka?

Obiecująco wypadły wczesne testy na zwierzętach nowej szczepionki, która dzięki bakteriom pokrytym białkiem wirusa mogłaby zapewnić ochronę przed istniejącymi i przyszłymi szczepami powodującego COVID-19 koronawirusa SARS-CoV-2 oraz innymi koronawirusami - informuje pismo “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Szczepionka opracowana przez dr. Stevena L. Zeichnera z University of Virginia i dr. Xiang-Jin Menga z Virginia Tech zapobiegła zachorowaniu świń na powodowaną przez koronawirusa epidemiczną biegunkę świń (PEDV). Według Zeichnera zastosowane przez jego zespół innowacyjne podejście może w przyszłości doprowadzić do stworzenia uniwersalnej szczepionki przeciwko koronawirusom - także tym, które wcześniej stwarzały zagrożenie pandemią (SARS, MERS), a być może nawet koronawirusom, które powodują niektóre przypadki przeziębienia.

Chodzi o wykorzystanie odcinka DNA, który kieruje produkcją fragmentu wirusa. Fragment ten wystarcza do poinformowania układu odpornościowego, jak uzyskać odpowiedź immunologiczną przeciwko wirusowi. To DNA jest włączane do plazmidu, małego, zwiniętego w kółko odcinka innego DNA, który może powielać się w bakteriach. Tak zmodyfikowany plazmid instruuje bakterię, aby umieściła fragmenty wirusowego białka na swojej powierzchni. Wykorzystywane są typowe bakterie E. coli.

Jedną z głównych innowacji jest to, że z genomu E. coli usunięto dużą liczbę genów, w tym także odpowiedzialnych za tworzenie części jej zewnętrznej powierzchni. Dzięki temu układ odpornościowy wydaje się znacznie lepiej rozpoznawać antygen szczepionkowy umieszczony na powierzchni bakterii i reagować na niego.

Taka potencjalna szczepionka przeciwko koronawirusowi ma kilka znaczących zalet: byłaby tania (koszt to ok. 1 dolara za dawkę), łatwa do przechowywania i transportu nawet w odległych rejonach świata i mogłaby być produkowana w masowych ilościach w istniejących fabrykach.

Aby wyprodukować szczepionkę, bakterie prezentujące na swojej powierzchni wirusowe białko są po prostu hodowane w zbiorniku fermentacyjnym (fermentorze), podobnie jak w typowych procesach przemysłowych, takich jak warzenie piwa, a następnie zabijane formaliną o niskim stężeniu.

„Zabite szczepionki zawierające całe komórki są obecnie szeroko stosowane w celu ochrony przed śmiertelnymi chorobami, takimi jak cholera i krztusiec. Fabryki w wielu krajach o niskich i średnich dochodach na całym świecie produkują obecnie setki milionów dawek tych szczepionek rocznie. Kosztują 1 dolara za dawkę lub mniej - powiedział Zeichner. - Możliwe, że da się przystosować te fabryki do produkcji tej nowej szczepionki. Ponieważ technologia jest bardzo podobna, koszt też powinien być podobny”.

Cały proces, od zidentyfikowania potencjalnego celu szczepionki do wytworzenia bakterii z delecją genów, które mają antygeny szczepionki na swoich powierzchniach, może przebiegać bardzo szybko, w ciągu zaledwie dwóch do trzech tygodni, dzięki czemu platforma jest idealna do reagowania na pandemię.

Szczepionka Zeichnera i Menga wykorzystuje część białka wypustki wirusa, „wirusowego peptydu fuzyjnego”, który jest zasadniczo uniwersalny wśród koronawirusów. Nie zaobserwowano, aby peptyd fuzyjny różnił się od wielu sekwencji genetycznych SARS-CoV-2, wirusa powodującego COVID-19, pozyskanych podczas pandemii od tysięcy pacjentów na całym świecie.

Meng i Zeichner stworzyli dwie szczepionki, jedną zaprojektowaną w celu ochrony przed COVID-19, a drugą - w celu ochrony przed PEDV. Zarówno PEDV, jak i wirus wywołujący COVID-19 to koronawirusy, ale to odlegli krewni. PEDV i SARS-CoV-2, podobnie jak wszystkie koronawirusy, mają kilka wspólnych aminokwasów, które tworzą peptyd fuzyjny.

PEDV infekuje świnie, powodując biegunkę, wymioty i wysoką gorączkę, i był dużym obciążeniem dla hodowców świń na całym świecie. Kiedy PEDV po raz pierwszy pojawił się w stadach świń w USA zabił tam prawie 10 proc. świń - był to świński odpowiednik pandemii.

Jedną z zalet badania PEDV u świń jest to, że Meng i Zeichner mogli badać skuteczność szczepionek w oferowaniu ochrony przed zakażeniem koronawirusem u najbardziej typowego dla tego wirusa gatunku. Inne modele, które były wykorzystywane do testowania szczepionek przeciwko COVID-19 to badanie SARS-CoV-2 u obcych żywicieli, jak małpy lub chomiki, albo na myszach, które zostały genetycznie zmodyfikowane, by umożliwić ich zakażenie SARS-CoV-2. Świnie są również bardzo podobne pod względem fizjologii i immunologii do ludzi – poza naczelnymi mogą być najbliższymi człowiekowi modelami zwierzęcymi.

Nieoczekiwanie Meng i Zeichner zaobserwowali, że zarówno szczepionka przeciwko PEDV, jak i szczepionka przeciwko SARS-CoV-2 chroniły świnie przed chorobą wywoływaną przez PEDV. Szczepionki nie zapobiegały zakażeniu, ale chroniły przed wystąpieniem ciężkich objawów. Pobudzały układ odpornościowy świń do znacznie silniejszej odpowiedzi immunologicznej na zakażenie. Jak twierdzą naukowcy, jeśli zarówno szczepionka PEDV, jak i szczepionka COVID-19 chroniły świnie przed chorobą wywoływaną przez PEDV i przygotowywały układ odpornościowy do walki z chorobą, można sądzić, że szczepionka COVID-19 chroniłaby również ludzi przed ciężką postacią COVID-19.

Oczywiście, zanim szczepionka mogłaby znaleźć zastosowanie u ludzi, potrzebne są dodatkowe testy - w tym badania kliniczne na ludziach.

PAP/ as/