Witwatersrand: Gruźlica ma ponad 9000 lat. Jest to najbardziej zakaźna choroba bakteryjna, a w 2022 r. zachorowało na nią 10,6 mln osób. 23 proc. z nich wystąpiło w Afryce.

Jedyna szczepionka przeciwko gruźlicy, szczepionka Bacillus Calmette-Guerin (BCG), ma ponad 100 lat i jest skuteczna przede wszystkim u niemowląt i małych dzieci.

Naukowcy ze Szkoły Patologii Uniwersytetu Witwatersrand dokonali znaczącego przełomu w rozwoju szczepionki, modyfikując gen BCG i zwiększając jej skuteczność.

Mikrobiolog Bavesh Kana, jeden z głównych badaczy, wyjaśnia Nadine Dreyer z The Conversation Africa naukowe podstawy tego przełomu i jego potencjał w kontekście innych szczepionek.

Jak działają szczepionki?

Szczepionki działają przede wszystkim poprzez naśladowanie niebezpiecznych czynników zakaźnych. Chcesz, aby Twój układ odpornościowy rozpoznał szczepionkę jako „najeźdźcę”, a następnie uruchomił na nią odpowiedź immunologiczną. Ale nie chcesz, aby czynnik inwazyjny Cię rozchorował.

Aby zrozumieć działanie szczepionek, warto przyjrzeć się bliżej działaniu układu odpornościowego, ponieważ szczepionki wykorzystują naturalną aktywność układu odpornościowego.

Układ odpornościowy: W przewodzie pokarmowym znajduje się około 100 bilionów bakterii i wirusów.

Białka i cukry na powierzchni bakterii, wirusów lub innych patogenów wywołujących choroby mają inne kształty niż te w ludzkim ciele. Te markery to wzorce molekularne związane z patogenami, powszechnie znane jako PAMP. Pomyśl o kolcach na koronawirusie.

Więc twój układ odpornościowy szybko rozpoznaje najeźdźców. A ciało broni się za pomocą złożonego łańcucha zdarzeń, w którym wiele różnych typów białych krwinek współpracuje ze sobą.

Jeden rodzaj białych krwinek jest w stanie wytwarzać przeciwciała, aby zwalczać najeźdźców. Te przeciwciała mogą przyklejać się do białek lub cukrów na powierzchni bakterii, co zabija bakterie lub je unieszkodliwia. Muszą mieć dokładnie odpowiedni kształt, trochę jak klucz pasujący do drzwi. Te białe krwinki są znane jako komórki B.

Wytworzenie przeciwciał o odpowiednim kształcie może zająć kilka dni. W tym czasie w twoim ciele mogą znajdować się miliardy bakterii wywołujących choroby.

Po aktywacji odpowiednich komórek, szybko się dzielą i tworzą linię produkcyjną, wytwarzając masy przeciwciał, które przyczepiają się do czynników inwazyjnych i unieszkodliwiają je.

W końcu organizm pozbywa się wszystkich intruzów i następuje powrót do zdrowia.

Przeciwciała pozostają we krwi, a niektóre białe krwinki mogą stać się komórkami pamięci dla konkretnych bakterii, na wypadek gdyby te ponownie zaatakowały organizm.

Dzięki zgromadzonemu arsenałowi narzędzi układ odpornościowy będzie mógł szybko reagować na przyszłe inwazje.

Szczepionki:

Szczepionki działają w ten sam sposób, co układ odpornościowy. Zawierają osłabione lub martwe bakterie lub wirusy, a nawet kilka białek lub cukrów z powierzchni. To wystarczy, aby przekonać układ odpornościowy, że prawdziwy najeźdźca wszedł do organizmu.

Tak więc ten sam proces ma miejsce, gdy prawdziwe bakterie lub wirusy atakują nasze ciała, z tą różnicą, że później nie chorujesz. Szczepionki są projektowane tak, aby wyglądały jak patogeny, ale są wykonane w taki sposób, że nie powodują choroby.

Gdy już zetkniesz się z prawdziwym czynnikiem chorobotwórczym, zyskujesz pamięć immunologiczną, ponieważ twój organizm został wystawiony na działanie czegoś, co wygląda bardzo podobnie.

A ta pamięć immunologiczna pozwala oprzeć się zakażeniu, a nawet zapobiec rozwinięciu się pełnego zakażenia lub radzić sobie z zakażeniem bez zaostrzenia choroby.

W jaki sposób zmodyfikowano szczepionkę przeciwko gruźlicy?

Szczepionki przeciwko gruźlicy są bardzo trudne do opracowania. Bakteria wywołująca tę chorobę jest złożona. Potrafi również unikać ludzkiego układu odpornościowego, dlatego w ciągu 100 lat opracowano tylko jedną szczepionkę przeciwko tej chorobie.

Nasze laboratorium prowadzi wiele badań nad gruźlicą i od dawna interesujemy się ścianą komórkową tych bakterii. Zauważyliśmy, że ściana komórkowa ma niewielką chemiczną dekorację na powierzchni, a ta chemiczna dekoracja pozwala bakteriom ukryć ważny marker (PAMP), zwany ligandem NOD-1, przed układem odpornościowym.

Zarówno bakterie gruźlicy, jak i żywe bakterie stosowane w szczepionce BCG potrafią ukryć ligand NOD-1 przed układem odpornościowym, co utrudnia ich wykrycie przez organizm.

Sądziliśmy, że modyfikacja bakterii BCG, tak aby nie mogła ukrywać ligandu NOD-1, może doprowadzić do powstania nowej, skuteczniejszej szczepionki.

Aby zbadać tę możliwość, zwróciliśmy się ku CRISPR, technologii edycji genów pozwalającej naukowcom modyfikować DNA.

Wykorzystaliśmy metodę CRISPR do opracowania zmodyfikowanej wersji bakterii BCG, która nie jest w stanie ukryć swojego ligandu NOD-1.

Myszy zaszczepione zmodyfikowaną szczepionką BCG skuteczniej ograniczyły rozwój gruźlicy w płucach niż myszy, którym podano oryginalną szczepionkę.

Aby zmodyfikować szczepionkę do stosowania u ludzi, potrzebne będą dalsze badania.

Co się teraz stanie?

Nasze odkrycia wskazują na możliwość znalezienia nowej szczepionki w walce z gruźlicą.

Mając w zanadrzu kilka nowych kandydatów na szczepionkę, możemy wreszcie zacząć skutecznie walczyć z tą wyniszczającą chorobą.

Prace te są niezwykle ekscytujące, gdyż dowodzą, że edycja genów jest niezwykle skuteczną metodą opracowywania szczepionek i może przyczynić się do opracowania w przyszłości skuteczniejszych szczepionek na inne choroby.