Szczepionka ze strzykawki

Oczekujących przepisu na „zupę z gwoździa” lub opisu jakiejś afery rozczaruję. Rzecz będzie o nowym pomyśle na szczepionkę przeciw biegunkom bakteryjnym.

Naukowcy z Center for Vaccine Development and Department of Pediatrics, University of Maryland School of Medicine w Baltimore postawili sobie za cel opracowanie niedrogiej, nietoksycznej dla dzieci i osób z obniżoną odpornością oraz prostej do stosowania szczepionki zabezpieczającej przed wieloma różnymi serotypami Shigelli sp., czyli przeciw biegunce dotykającej, bagatela, 160 mln ludzi rocznie. Naukowcy podjęli się nierozwiązanego dotąd skutecznie zadania, które od bez mała dwóch dekad stanowi priorytet WHO, a szczepionki jak nie było, tak nie ma.

Endemiczne regiony szigelozy to przede wszystkim: Afryka Środkowa, Indie, Bliski Wschód, Indonezja oraz Ameryka Łacińska. Dlaczego cały czas nie mogą doczekać się bezpiecznej i w dodatku skutecznej szczepionki? Podstawowych przyczyn jest kilka. Choć pierwsza, niespecjalistom od mikrobiologii lekarskiej, może wydawać się nieco dziwna: otóż Shigella sp. nie istnieje, mimo że rozróżnia się w tym rodzaju 4 gatunki.

Czym jest Shigella?
Kiedyś już (na łamach „Świata Lekarza”) o tym wspominałam, ale powtórzę. Różnym szczepom Shigella, genetycznie zdecydowanie bliżej jest do szczepów Escherichia coli, z których, jak na bakteryjną ewolucje całkiem niedawno (bo mniej więcej wtedy, kiedy my byliśmy Homo habilis) powstał. E. coli sklasyfikował jako Shigella dysenteriae Kiyoshi Shiga w 1897 roku. Zrobił tak, bo te bakterie w przeciwieństwie do E.coli nie ruszały się, nie fermentowały wielu spośród przebadanych cukrów oraz wywoływały wielką epidemię. Nie było wówczas metod porównywania sekwencji DNA, które niespecjalnie odróżniają chromosomy obu bakterii.

Konsekwencje tego faktu są poważne. Potencjalna szczepionka musiałaby rozróżniać „bakterię złą” od bardzo podobnej do niej „bakterii dobrej”. W dodatku te „złe bakterie”, jeśli chodzi o cząsteczkę najbardziej wystawioną na widok naszego układu odpornościowego, a mianowicie lipopolisacharyd (LPS), zwany dla Shigella sp. antygenem O., bywają niezwykle różnorodne. Zaś LPS jest tak zmienny, że idealnie nadaje się do serotypowania, ale to za mało na szczepionkę o szerokim spektrum.

Idąc dalej tym tropem, bardzo różne Shigelle atakują na tym samym terenie i w tym samym czasie. Gdy zaś chce się szczepić ludzi w otoczeniu infrastruktury medycznej terenów endemicznych szigelozy, to trzeba zaszczepić raz, a dobrze. To znaczy, za jednym razem na wszystko i najlepiej doustnie. A jeszcze byłoby dobrze, gdyby przeciwciała mogły być podawane przez matki dzieciom podczas karmienia piersią. No i nie może to być LPS, bo tenże – samą odpowiedzią immunologiczną (nawet gdyby dało się jakoś sprawić, by szczepionka uczyła nasz układ immunologiczny rozpoznawać wszystkie jego rodzaje na raz) – byłby w stanie zagrozić życiu i zdrowiu wielu spośród zaszczepionych. Często nie mają oni bowiem nawet pięciu lat i równie często, żyjąc w skrajnej nędzy, cierpią już na malarię, gruźlicę czy AIDS. Do tej pory jednak jedyną skuteczność w warunkach „polowych” wykazały szczepionki oparte właśnie o atenuowane szczepy Shigella sp. lub koniugaty antygenu O. Ale one zabezpieczały tylko przeciw tym szczepom, z których były wytwarzane, a to nie wystarczy.

Mikrostrzykawka
Naukowcy amerykańscy spróbowali zatem wyjść z zamkniętego kręgu niemożności, i – póki co w doświadczeniach na myszach im się to udało. Postanowili wykorzystać jako antygen białko Shigella sp., które jest wciąż mało znane, ale przynajmniej teoretycznie jest idealne. Tajemniczy antygen to białka IpaB i IpaD budujące tzw. aparat sekrecyjny typu trzeciego (T3SA), czyli maleńką, molekularną strzykaweczkę, a właściwie czubek jej igły przebijający błonę komórkową atakowanej przez shigellę komórki nabłonka jelita. Idealność owego białka (a właściwie dwóch białek, bo szczepionka ma działać jako kombinacja dwóch protein) wynika z co najmniej kilku jego cech. Po pierwsze, jest konserwowane ewolucyjnie, a zatem w oparciu o podobną koncepcję teoretycznie można by tworzyć także szczepionki przeciwko innym zakażeniom wywołanym przez gram-ujemne bakterie wyposażone w T3SA. Po drugie, jest związane właściwie wyłącznie ze szczepami zjadliwymi, czyli dość klarownie odróżnia bakterie „złe” od „dobrych”. A po trzecie, podobnie jak LPS, jest wystawione na zewnątrz komórek bakteryjnych, więc jest antygenem dobrze dostępnym. W przeciwieństwie do LPS nie wywołuje jednak hiperaktywacji całego układu odpowiedzi immunologicznej.

Amerykańskim mikrobiologom udało się najpierw zmusić E. coli do wytwarzania zrekombinowanych shigellowych białek, po czym udało się je oczyścić. IpaB stanowiło większy problem, bowiem normalnie, aby przyjąć prawidłową strukturę przestrzenną i być przez dłuższy czas stabilne, wymaga białka towarzyszącego, tzw. czaperonu. W końcu udało się ten problem ominąć. Białko zostało wyczyszczone, czaperon usunięty, ale niestety dokonano tego przy użyciu związku chemicznego niezarejestrowanego do wykorzystywania w środkach medycznych.

Na szczęście w zabezpieczaniu myszy przed śmiertelnym zapaleniem płuc wywoływanym przez Shigella flexneri czy Shigella sonnei równie skuteczne jest donosowe szczepienie samym IpaB, jak i IpaB z czaperonem. A zatem, bez dodatkowego etapu oczyszczania antygenu, szczepionka może być tańsza.

Mysi model przypomina szigelozę prawdziwą, ponieważ w nabłonku płuc można zaobserwować podobne zmiany patologiczne, jak w zaatakowanym przez Shigella sp. nabłonku jelit ssaków naczelnych. W tym momencie należy bowiem zaznaczyć, że shigelle atakują wyłącznie ssaki naczelne, i tak niżej ewolucyjnie od makaka nie ma zwierzęcego modelu szigellozy do badań. Wykorzystany w badaniach nad nową szczepionką model zapalenia płuc myszy różni się tym, że do wywołania biegunki szigellowej u zdrowego ochotnika potrzeba podania doustnie około 10 komórek Shigella flexneri, a tu się stosuje milion do 100 milionów razy większe inocula na jedną mysz.

Szansa?
Co zatem udało się uzyskać dzięki wykorzystaniu molekularnej szigelowej strzykaweczki i jej białek strukturalnych w szczepieniu przeciw szigelozie? Eksperymentalne myszy zostały skutecznie zabezpieczone przed śmiertelnym dla nich zakażeniem, wykazano zatem, że białka IpaB i IpaD są immunogenne i że generują ochronną odpowiedź immunologiczną, zarówno humoralną, jak i komórkową. I ta odpowiedź jest szerokiego typu, bo antygen pochodził z S. flexneri 2a, a zabezpieczał także przed zakażeniem S. sonnei. Łyżką dziegciu w beczce miodu jest jednak właśnie owa mysz eksperymentalna. Bo gdyby u ludzi działało wszystko, co działa „na myszach”, to zapewne mielibyśmy już z tuzin szczepionek przeciw HIV czy leków na nowotwory.

Opublikowane w marcowym numerze „Infection & Immunity” wyniki to jednak bardzo dobra wiadomość. Szczególnie, że coraz mniej możemy liczyć na wrażliwość szigelozy na antybiotyki.