Virusi i zaraze. Bitka s vremenom i metama koje se miču i mutiraju. Univerzalno cjepivo?

Ljudi danas žive u boljim uvjetima, postoje antiviralni i drugi lijekovi pomoću kojih možemo sanirati sekundarne komplikacije bolesti. No, brzina kojom se infekcija danas može proširiti svijetom je bez presedana. Također  je moguće da virus mutira u puno opasniji oblik. Više nije pitanje hoće li nam se pandemija dogoditi, nego kada, citira Tamara Čačev Dr. Dennisa Carrola, ravnatelja USAID-ove jedinice za „krizna stanja“

• Naslovna slika: liječnik iz sedamnaestog stoljeća u odori koja ga štiti od kuge (Wikimedia Commons)

• dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Ovih smo dana zaokupljeni vijestima o misterioznom novom soju korona virusa 2019-nCoV koji se pojavio u prosincu prošle godine u Kini i do danas mu je podleglo nekoliko desetaka ljudi. Virus se počeo širiti kao zoonoza, virusna infekcija koja je prešla sa životinja na ljude, a kao prvotno mjesto širenja navodi se tržnica u kineskom gradu Wuhan. Kako je poznato da Kinezi u svojoj tradicionalnoj medicini, kao i kulinarstvu,  koriste različite pripravke i ekstrakte životinjskog porijekla koji nisu termički obrađeni, pretpostavlja se da je korištenjem nekog takvog tradicionalnog pripravka epidemija i započela. Prema trenutnim pretpostavkama i objavljenom istraživanju kineskih epidemiologa pretpostavlja se da su izvor zaraze ili šišmiš ili zmija. Na temelju analize sekvence nukleinske kiseline ovog virusa kineski znanstvenici su objavili kako se najvjerojatnije radi o rekombinaciji između dvaju korona virusa, jednog koji inficira šišmiše te drugog nepoznatog porijekla koji bi prema svojem genskom zapisu ipak najviše odgovarao dvijema vrstama zmija koje obitavaju u okolici  grada Wuhana (Slika 1). ¹ No, epidemiolozi su skeptični budući da ne postoje „terenski“ dokazi da se taj transfer dogodio, već se radi samo o in vitro/in silico analizama genoma. Prema onome što je do sada bilo poznato manja je vjerojatnost da će takvi virusi prelaziti sa hladnokrvnog organizma na toplokrvni te bi šišmiši u epidemiološkom smislu bili logičniji izvor zaraze.

Coronavirus (Noxinfluencer, Youtube)

Kineski infektolozi i epidemiolozi su ovu zoonozu detektirali brzo, te se širenje infekcije nije smatralo alarmantnim budući da su prvotno oboljeli većinom bili povezani sa spomenutom tržnicom. Globalna panika je nastala kada je potvrđen prvi slučaj prijenosa virusa s čovjeka na čovjeka. Time se zapravo do tada relativno izolirana i lokalizirana infekcija povezana s direktnim bliskim kontaktom sa zaraženim životinjskim „proizvodima“ prebacila u domenu zaraze koja ima potencijal globalnog širenja. Kolika je opasnost od toga u ovome trenutku nije moguće pouzdano predvidjeti. S mogućnostima današnjih metoda detekcije virusa može se uistinu brzo reagirati korištenjem svih baza podataka i laboratorija koji se bave istraživanjem nekog virusa u svijetu te su danas centri koji se bave kontrolom i prevencijom zaraznih bolesti sigurno upoznati sa svim detaljima u realnom vremenu. Neke se procjene mogu dati na temelju prijašnjih slučajeva „preskakanja“ korona virusa s životinja na čovjeka kojih se sigurno sjećate iz novije povijesti.

Krajem 2002. pa sve do sredine 2003 harala je epidemija SARS-a (severe acute respiratory syndrome) uzrokovana korona virusom koji je najvjerojatnije preskočio sa šišmiša na ljude preko intermedijarnog domaćina uzgojne cibetke koja se smatra delikatesom u Kini. U toj je epidemiji umrlo skoro 800 ljudi većinom u Kini a smrtnost od ovog virusa bila je 11%.

MERS (Middle East respiratory syndrome) je još jedan sindrom u novijoj povijesti koji se povezuje s prelaskom zoonoze sa životinja na ljude (2012.g. se pojavio u Saudijskoj Arabiji i od tada u većoj ili manjoj mjeri već nekoliko puta). U ovom slučaju se radilo o prijenosu virusa sa šišmiša preko deva na ljude. Radi se o puno smrtonosnijem virusu sa stopom smrtnosti od 37%.

Za ovaj najnoviji korona virus nema još pouzdanjih podataka o tome koliko se lako prenosi te kolika je smrtnost no zasada kineski stručnjaci smatraju da bi mogao biti manje opasan od dvaju navedenih virusa.

Ono što je trenutno bliže našoj stvarnosti a događa se svake godine jest epidemija gripe. Prije nekoliko dana je na Netflixu započelo emitiranje dokumentarne serije „Pandemic, how to prevent an outbreak“ o opasnostima pandemijskog širenja ove virusne bolesti. Prije nešto više od stotinu godina imali smo za čovječanstvo pogubnu epidemiju „španjolske gripe“ koja je odnijela živote između 50 i 100 milijuna ljudi, pri čemu imajmo na umu da je tada ukupna populacija bila negdje oko dvije milijarde ljudi. Stoga se postavlja pitanje jesmo li danas spremniji za tako nešto.

S jedne strane, ljudi danas žive u boljim životnim uvjetima, postoji sezonsko cjepivo koje je više ili manje pogođeno, postoje određeni antiviralni i drugi lijekovi pomoću kojih možemo sanirati sekundarne komplikacije ove bolesti. No, s druge strane brzina kojom se infekcija danas može proširiti svijetom je bez presedana. Također  je moguće da virus mutira u oblik koji će biti puno opasniji. A danas zapravo više nije pitanje da li će nam se takva pandemija dogoditi, nego je pitanje kada – kako to kaže Dr. Dennis Carrol, ravnatelj USAID-ove jedinice za „krizna stanja“ u traileru za ovu seriju. ²

Epidemije gripe su neminovnost svake godine. Bolest može biti pogubna za starije osobe, te one s različitim kroničnim bolestima, pa je preporuka da se svakako cijepe, kao i članovi njihovih obitelji kako im ne bi prenijeli virus. No, kako je virus influence izrazito mutabilan, svake godine se javlja u malo izmijenjenom obliku i to u raznim kombinacijama sojeva te je stoga teško sa sigurnošću unaprijed predvidjeti koji će od tih oblika dominirati tijekom epidemije. Kako se cjepiva ipak moraju početi proizvoditi puno ranije nego što krene sama epidemija, što zbog samih zahtjeva proizvodnog procesa, a što i zbog činjenice da je potrebno ljude cijepiti barem nekoliko tjedana prije kako bi uspjeli razviti imunitet na virus. To je razlog zašto cjepivo protiv gripe nema apsolutnu pogođenost svake sezone te ponekad ima učinkovitost 60% a nekih sezona i samo 10-20%. Ili kako bi se to jednostavnije reklo – teško je s velike (vremenske) distance pogoditi metu koja se neprestano miče. Ljudi se uglavnom mogu zaraziti od virusa gripe tipa A i B, a neki sojevi tipa A ipak preferiraju životinjske domaćine. Ponekad ti sojevi naglo steknu sposobnost inficiranja ljudi i to je ono što se 2009. godine i dogodilo. Kako izgleda pandemija opasnog oblika svinjske gripe (H1N1) imali smo prilike vidjeti 2009. godine kada je od ove bolesti diljem svijeta umrlo gotovo pola milijuna ljudi, prema čemu se SARS, MERS  pa i ova aktualna epidemija korona virusom čine manje strašnim (Slika 2).

Slika 2. Virus svinjske gripe preuzeto iz http://www.2001.com.ve/image_articulos/fa7852475a6d657752590722862ba4a2.jpg

Jasno je da bi idealno bilo kada bi postojalo univerzalno cjepivo kojim bi se pokrila većina sojeva u opticaju, no pokušaji dobivanja targeta na samom virusu koji bi poslužio kao antigen za razvoj cjepiva a ne bi bio sklon mutiranju do nedavno su bili bez uspjeha. Ipak, zahvaljujući najnovijim istraživanjima čini se da su postignuti značajni iskoraci. Velika epidemija svinjske gripe 2009. godine izazvala je usmjeravanje značajnih sredstava u istraživanje cjepiva za ovaj virus što danas desetak godina kasnije počinje donositi i ohrabrujuće rezultate.

Slika 3. Građa virusa gripe tipa A. Klasifikacija ovih virusa se odvija na temelju svojstava dvaju ključnih građevnih molekula virusa a to su hemaglutinin (H) i enzim neuraminidaza (N), proteina koji se nalaze na površini virusa. Do danas je poznato 18 različitih podtipova hemaglutinina i 11 podtipova neuraminidaza. Stoga se podtipovi ovog virusa imenuju kombiniranjem ovih dvaju brojeva. Npr, svinjska gripa je H1N1.³

Ako promotrimo građu virusa gripe (slika 3) na njegovoj površini je protein hemaglutinin koji omogućava ovom virusu da se veže na stanicu domaćina i uđe u nju. Ovaj se protein sastoji od „glave“ koja je na ostatak virusa pričvršćena tankom  „peteljkom“. Većina imunološkog odgovora usmjerena je na glavu ovog proteina koja je najviše izložena na strukturi virusa. Osim toga čini se da se na toj glavi nalaze i neka obilježja (poput petlji na proteinu) koja preferencijalno okidaju jači odgovor protutijelima. No upravo se varijabilnost sojeva gripe najviše očituje u tim imunodominantnim elementima. Dodatnu varijabilnost u viruse tipa A unosi i činjenica da se na njihovoj površini uz hemaglutinin nalazi i protein neuraminidaza te da svaki od ova dva proteina može egzistirati i u nekoliko desetaka podtipova.

S druge strane, naš imunološki sustav je uvelike predodređen našim prvim doticajem s virusom gripe kroz fenomen koji se naziva imprinting odnosno kako se to još slikovito opisuje „prvi antigeni grijeh“. To znači da ćemo se uspješnije othrvati virusima s kojima smo najprije u životu bili u dodiru, dok smo manje uspješni u svladavanju sojeva s kojima se susrećemo prvi put.  Ovaj interesantni fenomen može biti koristan ako se u najranijem doticaju s virusom gripe upravo susretnemo s „pravim“ sojem te uspijemo razviti dobar imunološki odgovor kada se kasnije cijepimo protiv gripe. No, ako se prvotno susretnemo s nekim od atipičnih virusnih sojeva, imunološki odgovor koji izaziva cijepljenje će možda biti manje učinkovit u smislu pokrivenosti od uobičajenih tipova ovog virusa.

Zbog svega navedenog jasno je da bi se cjepivo koje bi ciljalo manje varijabilne dijelove virusa gripe moglo pokazati boljim u odnosu na dosadašnja cjepiva. Takva mjesta na virusu gripe postoje, već se od 80-tih godina prošlog stoljeća zna da je peteljka proteina hemaglutinina prilično stabilna i ujednačena između različitih podtipova virusa. No, problem je da se nalazi s „unutrašnje“ strane na površini virusa i zaklanja je velika „glava“ proteina hemaglutinina. Stoga taj dio ovog proteina gotovo nikad nije izložen uvidu imunološkog sustava. Ipak, povremeno možemo razviti imunost, odnosno protutijela koja su specifična na peteljku virusa gripe, i takva su protutijela prirodno nastala i izolirana tijekom 2008. i 2009. godine.

Istraživači s US National Institute of Allergy and Infectious Diseases iz Bethesde krenuli su drugim smjerom, te pokušali in vitro genetičkim inženjeringom sintetizirati peteljku hemaglutinina H1 u pothvatu koji je trajao gotovo deset godina budući da je izrazito teško in vitro postići pravu strukturu proteina kako bi posljedično imali i vjerne epitope nalik „prirodnima“. Zatim su tako in vitro generirane peteljke ugradili u nanočestice koje su na sebi imale izložene peteljke te su pokazali kako nakon imunizacije životinja takvim česticama, one pokazuju jaki imunološki odgovor i  protiv sasvim drugog podtipa influence tipa A, H5.

U istraživačkoj jedinici pri Mount Sinai bolnici razvili su drugi pristup razvoju univerzalnog cjepiva protiv gripe. Stvorili su viruse s kimernim proteinom hemaglutininom u kojem su istu peteljku pripasali na različite glave hemaglutinina virusa gripe koji primarno napadaju ptice te je malo vjerojatno da se kod ljudi razvio fenomen imprintinga. Ideja je da će – kada takvu osobu zatim cijepite s cjepivom koje ima istu peteljku ali drugačiju hemaglutininsku glavu – doći do razvoja odgovora na peteljku zahvaljujući imunomemoriji.

Na ideji krosprotektivnosti na peteljku hemaglutinina koja je detektirana u prirodi, neke istraživačke grupe su se fokusirale na osobe u akutnoj bolesti i to izazvanoj različitim sojevima gripe te iz takvih osoba izdvajaju B stanice koje proizvode protutijela. Zatim se provodi profiliranje tih stanica kako bi se utvrdilo koji sojevi virusa gripe izazivaju prirodni imunološki odgovor tih stanica kako bi se potencijalno identificirala protutijela sa širim spektrom djelovanja.

Na temelju ovih istraživanja pokazalo se da i na varijabilnoj glavi hemaglutinina postoje dijelovi strukture koji su zajednički različitim podtipovima ovog virusa. Tijekom 2012.  godine, istraživači iz Leidena su otkrili specifično protutijelo koje je imalo sposobnost vezanja i na virus tipa A i B. Sada su u tijeku istraživanja kojima bi se otkrilo na koji dio hemaglutinina se to protutijelo veže kako bi se potencijalno onda taj epitop iskoristio za stvaranje drugih protutijela sa širokim spektrom neutralizacije virusa.

Stalno smo u doticaju s virusom gripe no priličan broj ljudi ne pokazuje simptome bolesti ili su jako blagi. Razlog su T-stanice koje prepoznaju stanice našeg organizma inficirane virusom gripe te ih „prožvaču“, uklanjaju i izlože antigene peptide virusa na svoju površinu kao upozorenje drugim stanicama

Za razliku od površine virusa, unutrašnjost virusnih čestica je puno sličnija. Problem je da ona nije izložena našim protutijelima. No drugi bitni čimbenik našeg imunološkog sustava, T–stanice koje prepoznaju stanice našeg organizma inficirane virusom gripe te ih „prožvaču“, uklanjaju i izlože antigene peptide virusa na svoju površinu kao upozorenje drugim stanicama, mogle bi doprijeti do tih unutrašnjih virusnih proteina i prezentirati ih ostatku imunološkog sustava.  Do sada se većina pristupa temeljila na razvoju protutijela protiv virusa gripe budući da ona jesu prvi odgovor na infekciju, no zatim na scenu stupaju T-stanice koje obuzdavaju daljnju infekciju. Poznato je da smo stalno u doticaju s virusom gripe no priličan broj ljudi ne pokazuje simptome bolesti ili su oni jako blagi. To je tzv. fenomen sante leda u kojem unatoč doticaju velikog broja ljudi s virusom, mali broj njih obolijeva a još manji broj njih razvija težak oblik bolesti. Razlog tome su upravo T-stanice koje nas par godina štite na prethodno opisani način. Stoga je ideja da se generira protektivni odgovor T-stanica koje bi bile u stanju prepoznati druge stabilnije mete na virusu.

Neka od ovih istraživanja nalaze se u fazama I ili II kliničkih ispitivanja, no put do vakcine koja bi bila upotrebljiva na ljudima je još dug. Dio problema leži i u modelima koji se koriste u ovim istraživanjima a koji su temeljeni na mišu kao modelnom organizmu. Neki su istraživači započeli eksperimentirati na svinji kao modelu jer ima duži životni vijek a postoje i sličnosti s dišnim sustavom čovjeka te sklonosti infekcijama istim virusima. Provode se i istraživanja u kojima se volonteri najprije cijepe nekim od novih tipova cjepiva a zatim zaraze određenim sojem virusa gripe. No, u ovakvim istraživanjima ne sudjeluju djeca i starije osobe, koji čine najranjiviju skupinu kojima je cjepivo zapravo i najpotrebnije.

Fundacija Melinde i Billa Gatesa prepoznala je značenje razvitka univerzalnog cjepiva protiv gripe

Problem ovakvih istraživanja je naravno i financiranje, zahtijevaju se i specifični laboratorijski i proizvodni uvjeti koji uglavnom postoje samo u okviru farmaceutske industrije dok je javni sektor u tom pogledu u zaostatku. Stoga je ohrabrujuće da su velike fondacije poput one Billa i Melinde Gates prepoznale potrebu razvoja univerzalnog cjepiva protiv gripe te su usmjerile sredstva ka tome cilju.

I dok čekamo na univerzalno cjepivo protiv gripe, nedavno je objavljena vijest kako je razvijeno cjepivo protiv gripe koje se može administrirati na usta. Može se činiti banalnim, no ljudi se boje cijepljenja i zbog najprozaičnijih razloga kao što je ubod iglom. Stoga se smatra da bi ovakvo administriranje cjepiva povećalo procijepljenost populacije što je jedna od bitnih zaštitnih mjera protiv širenja epidemije gripe. Ostaje dakle nadati se, a sad je ta nada već i prilično utemeljena, da će 21. stoljeće biti ono u kojemu ćemo se riješiti gripe kao značajne opasnosti za zdravlje i život ljudi.

1) Wei Ji, Wei Wang, Xiaofang Zhao, Junjie Zai,  Xingguang Li. Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human. J Med Virol (2020) ahead of print.

2) https://youtu.be/fPs90HZbSVQ

3) https://www.cdc.gov/flu/about/viruses/types.htm