20.10.2020 | Svátek má Vendelín


VĚDA: Strup do nosu, nebo jinou DNA?

29.7.2020

Nejnadějnější vakcíny mohou narazit na vážný problém: Evropa odmítá genetické modifikace organismů

Hledání vakcíny proti koronaviru SARS-CoV-2 je doslova horečné. Na vakcíně pracuje stovka týmů, některé využívají strategie známé už tisíciletí, jiné ale naopak těží z posledních objevů molekulární biologie a genetiky: chystají geneticky modifikované buňky či přímo změněnou DNA člověka.

Už ve starověku si lidé všimli, že člověk uzdravený z nákazy podruhé tou samou chorobou neonemocní. Během středověkých morových ran pečovali o nemocné zhusta právě ti, kteří se z „černé smrti“ zotavili. Získanou odolnost k obávané chorobě provázela značná společenská prestiž. Když se v roce 1878 v povodí Mississippi nakazilo žlutou zimnicí na 200 000 lidí, z nichž každý sedmý zemřel, spali někteří mladíci úmyslně v posteli nedávných obětí epidemie ve snaze se nakazit. Riskovali život, jen aby v případě uzdravení získali vysněný „imunní“ status.

Myšlenku na navození odolnosti proděláním mírné nákazy uvedli do praxe Číňané už v 10. století. Imunizovali děti proti pravým neštovicím tak, že jim nafoukali prach z usušených neštovičných strupů do nosu. Prach obsahoval mrtvé viry, kterými se dítě nemohlo nakazit. Jeho imunitní systém se však s molekulami z viru seznámil v nosní sliznici a byl na skutečnou infekci připraven.

Primitivní očkování proti neštovicím „kontrolovanou“ nákazou praktikované např. v Turecku bylo riskantní a někdy končilo smrtí. Teprve v roce 1796 použil anglický lékař Edward Jenner k očkování virus kravských neštovic, který u člověka nevyvolává chorobu, ale navodí u něj imunitu k pravým neštovicím. Na vědecké základy postavily očkování v druhé polovině 19. století objevy Louise Pasteura.

Dnes má věda ve srovnání s dobou Edwarda Jennera či Louise Pasteura k dispozici neskonale bohatší arzenál vědomostí z mikrobiologie i imunologie a vládne dokonalejšími technologiemi. Přesto zůstává „hon na vakcínu“ náročným podnikem s krajně nejistým výsledkem. Ze stovky vyvíjených vakcín jich uspěje v průměru šest. Než se dostane schválená vakcína do ordinací lékařů, uplyne v průměru přes deset let. Náklady na vývoj a testování úspěšné vakcíny se pohybují mezi jednou a pěti miliardami dolarů. Některé vakcíny se nepodařilo vyvinout navzdory mnohaletému úsilí nejlepších vědců a masivní finanční podpoře. Tak vázne např. vývoj vakcíny proti HIV nebo malárii.

Úspěchy při boji s nákazou očkováním závisí na mnoha faktorech. Důležitý je podíl populace, která se vakcinaci podrobila, ale stejně tak i doba, na jakou očkování chrání. Některé vakcíny zajistí doživotní imunitu, jiné chrání třeba jen na pár měsíců. S postupem času se může změnit i původce choroby natolik, že před ním vakcína už dostatečně nechrání.

Živé a mrtvé

Nákaza původcem choroby představuje hodně riskantní cestu k imunitě. Některé kmeny virů a bakterií ale mohou zeslábnout natolik, že už chorobu vyvolat nedokážou. Imunitní systém je přesto nerozezná od nebezpečných kmenů a zbrojí proti nim podobně jako při skutečném onemocnění. Nabuzená imunita pak chrání i proti nebezpečným kmenům původce choroby. Tyto „živé“ vakcíny se dají získat např. dlouhodobou kultivací mikrobů v laboratorních podmínkách. Častěji se to daří u virů než u bakterií. K „živým“ vakcínám patří očkovací látky proti příušnicím, zarděnkám nebo spalničkám. Některé vědecké týmy se dnes snaží získat vakcínu „zkrocením“ viru SARS-CoV-2.

Vývoj „živých“ vakcín bývá zdlouhavý. Navíc nelze vyloučit, že původce choroby při množení „zdivočí“ a vrátí se mu schopnost vyvolat onemocnění se všemi nebezpečnými projevy. To je důvod, proč se často používají „mrtvé“ vakcíny, ve kterých je původce choroby zneškodněn vysokou teplotou, ozářením nebo chemikáliemi. Usmrcenými viry se očkuje třeba proti obrně nebo žloutence typu A. Touto cestou se ubírají i některé týmy vyvíjející vakcínu proti covidu-19. Postup ale vyžaduje produkci velkého množství „plnohodnotného“ viru, který je následně zneškodněn. U vysoce nebezpečných původců chorob, k nimiž se SARS-CoV-2 řadí, je třeba jejich masovou výrobu dokonale zabezpečit proti úniku. V případě původce covidu-19 to představuje tak závažný problém, že většina firem na tuto strategii rezignovala.

Řada „živých“ i „mrtvých“ vakcín neobstojí v testech bezpečnosti proto, že nabudí imunitní systém až příliš. Často se to týká vakcín cílených na infekce plic. Po nákaze je obranná reakce v plicích nebo v játrech u očkovaných tak silná, že to orgán těžce poškodí. Hrozí to i u vakcín proti covidu-19 využívajících usmrcený nebo zkrocený virus SARS-CoV-2.

Další úskalí vakcín spočívá v tvorbě různých protilátek. Některé se vážou na původce choroby v klíčovém místě a zneškodní jej. Jiné se ale na mikroba navážou na jiných místech, aniž by ho vyřadily z činnosti. Mikrob „ocejchovaný“ neškodnou protilátkou je atraktivní pro bílé krvinky, které ho zhltnou a tím jej ochrání před arzenálem imunitního systému. Takový mikrob se pak v bílé krvince nerušeně množí a může vyvolat onemocnění. Je proto důležité, aby se po očkování tvořily hlavně zneškodňující protilátky.

Ve službách vakcíny

Imunitní systém rozeznává původce choroby podle molekul proteinů nebo sacharidů, které se nacházejí na povrchu mikroba. Proto jako vakcína fungují i tyto „součástky“ choroboplodného zárodku. I na ně zareaguje imunita jako na vetřelce, a když pak do organismu očkovaného člověka pronikne kompletní původce choroby, narazí na připravenou obranu.

Tento typ vakcín se dnes vyrábí s pomocí geneticky modifikovaných buněk, do kterých genoví inženýři vnesli gen z dědičné informace původce choroby. Podle genu vznikají v buňce molekuly typické pro mikroba, které se izolují a čistí. Někdy se navíc propojí s dalšími molekulami, aby se zvýšila nápadnost „součástky“ pro imunitní systém.

Výhodou takové výroby je, že k ní není třeba kompletní mikroorganismus a odpadá práce s nebezpečnými viry a bakteriemi.

Odezva na „součástky“ nemusí být tak důkladná jako reakce na kompletní virus nebo bakterii. Když bylo například očkování mrtvými bakteriemi černého kašle nahrazeno „součástkovou“ vakcínou, imunitní paměť si podnět očkování zapamatovala na kratší dobu. Ochrana navozená očkováním by pak časem zeslábla.

V reakci na kompletní mikroorganismus imunitní systém spouští nejen produkci protilátek, ale mobilizuje také buňky imunitního systému, které původce choroby přímo likvidují. „Součástková“ vakcína někdy tuto druhou frontu imunitní obrany otevře jen v omezené míře. Proto se dnes očkovací látky vyrábějí také tak, že se geny pro „součástky“ nebezpečného mikroorganismu vnesou do mikroba neschopného vyvolat chorobu. Vakcínu pak tvoří neškodný mikroorganismus „přestrojený“ za původce infekčního onemocnění. Příkladem úspěšné vakcíny tohoto typu jsou neškodné adenoviry vybavené genem pro bílkovinnou „součástku“ z viru ebola. Lidský organismus na ně reaguje vytvořením funkční obrany proti smrtelnému onemocnění.

Do této kategorie patří jedna z nejnadějnějších vakcín pro covid-19. Tvoří ji adenovir s genem vypůjčeným od viru SARS-CoV-2. V zemích Evropské unie by ale její testování narazilo na vážné administrativní překážky. Vakcína spadá pod evropskou legislativu regulující používání geneticky modifikovaných organismů a její testy by podléhaly složitému schvalování. Drahocenný čas by padl za oběť úřednímu šimlovi. V současné době proto vedou země EU intenzivní jednání, jak v naléhavém případě koronavirové krize „protáhnout“ podobné vakcíny testováním bez zbytečných administrativních průtahů. Některé země EU jsou toho názoru, že nastal čas zastaralou evropskou legislativu regulující používání geneticky modifikovaných organismů zásadně inovovat. K unisonu má však volání po takové změně daleko.

Velké naděje vkládá svět do očkování dědičnou informací, podle které by si lidský organismus sám vyrobil „součástku“ mikroba. V buňkách člověka se tvoří lidské bílkoviny podle instrukcí uložených v genech – tedy ve vybraných úsecích dvojité šroubovice deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Informace genu se nejprve přepíše do jednoduché šroubovice ribonukleové kyseliny (RNA), která slouží buňce jako výrobní výkres pro syntézu bílkovinného řetězce z jednotlivých aminokyselin.

Pokud se do lidských buněk vpraví gen z choroboplodného organismu, vyrobí si podle něj lidské buňky příslušnou RNA a podle té pak syntetizují bílkovinnou „součástku“ mikroba. Imunitní systém by měl cizí bílkovinu zaregistrovat jako „vetřelce“ a spustit proti ní příslušnou odezvu. Tyto tzv. DNA-vakcíny se vyvíjejí už delší dobu, ale zatím se prosadily jen při výrobě očkovacích látek pro hospodářská zvířata nebo pro ryby chované v akvakulturách.

DNA-vakcína musí proniknout do nitra buněk. Mimo ně nefunguje. A to je problém. Často se musí vakcíně pomoci elektrickým výbojem otevírajícím buňky vnějšímu prostředí. Imunitní odezva není ani potom vždycky dost silná a je nutné ji podpořit látkami označovanými jako adjuvans, které posilují imunitní reakce.

Tzv. RNA-vakcíny vstupují do produkce „součástky“ mikroba o úroveň výše než DNA-vakcíny. Tvoří je hotové „výrobní výkresy“ RNA, podle nichž si pak buňky očkovaného člověka vytvářejí bílkoviny vakcíny. RNA je podstatně „křehčí“ než DNA a v těle se rychle rozkládá. RNA-vakcíny je proto nutné chránit obalem z tukových molekul. První vakcína proti SARS-CoV-2, která vstoupila do klinických testů a byla píchnuta dobrovolníkům, patřila právě do této kategorie. Pokud by úspěšně prošla všemi zkouškami a začala se používat, byla by to první RNA-vakcína, která se dočkala praktického využití. Všechny předchozí vakcíny na bázi RNA zklamaly.

NOVOJE! NEW! NEUE!

Základním předpokladem pro úspěch vakcíny je snadná výroba ve velkých množstvích. V tomto ohledu mají „genetické“ očkovací látky tvořené molekulami RNA nebo DNA nad ostatními typy vakcín jasně navrch. Dají se vyrábět relativně snadno, rychle, levně a ve velkých množstvích. Jejich produkci navíc nebrzdí ani bezpečnostní rizika, jež provázejí množení virů či bakterií, ani legislativní překážky. Na samotnou dědičnou informaci se legislativa platná pro geneticky modifikované organismy nevztahuje.

Vakcína proti covidu-19 by měla být relativně levná. Firmy odhadují její cenu zhruba na deset dolarů. Přesto nemusí být běžně k mání. K proočkování světové populace budou zapotřebí miliardy dávek. Kapacity stávajících provozů farmaceutických firem na to nestačí, protože jsou plně vytížené produkcí vakcín proti chřipce a dalším infekčním chorobám. Nedostatek vhodných výrobních linek tak může zapříčinit nedostatek očkovací látky především v samotných počátcích její produkce. Některé země proto už dnes uzavírají s farmaceutickými firmami dohody o přednostních dodávkách dosud neexistujících očkovacích látek. Vsázejí na to, že toužebně vyhlíženou vakcínu uvede na trh právě jejich partnerská společnost.

Autor je biolog

LN, 25.7.2020








 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.