Téma

Na cestě k vakcíně snů

Rychlost vývoje vakcín proti SARS-Cov2 je závratná a z historického hlediska bezprecedentní. Stejně tak i technologický pokrok s tím spojený. Přišla epidemie nového viru, a my můžeme očkovat už v jejím průběhu! Celkově je nyní ve fázi klinických testů na lidech více než 92 různých vakcín a 27 je jich v závěrečné fázi a prochází klinickými testy na lidech. Ty schválené (zatím 8) jsou pouze vakcínami 1. generace, nastoupí po nich další, „vychytanější“, které zvládnou pokrýt více různých mutací anebo i celé spektrum různých koronavirů.

Na cestě k vakcíně snů
Na cestě k vakcíně snů

Text: Lucie Tomanová • Úvodní foto: effelle / Pixabay / CC0 Creative Commons

Není přitom pravda, že by byly schválené vakcíny nedostatečně otestované. Samotná výroba prototypu vakcíny totiž nikdy netrvala dlouho. Byly to třístupňové klinické testy, které vždy zabraly ony dlouhé měsíce. Kdyby firmy očkovací látky důkladně netestovaly, měli bychom pravděpodobně vakcínu proti SARS-Cov2 už na jaře 2020!

Jak píše americký novinář David Wallace-Wells v článku pro New York Magazine, měli jsme fakticky vakcínu už v lednu loňského roku. Respektive její prototyp vytvořila americká společnost Moderna již 13. ledna 2020, tedy pouhé dva dny poté, co Šanghajská laboratoř profesora Čang Jung-čena solidárně veřejně publikovala genom nového koronaviru. Tým šanghajských vědců si tímto odvážným činem zároveň u vlády vysloužil dočasné uzavření laboratoře. Čína totiž měla genom viru k dispozici minimálně od 3. ledna, ale oficiálně přiznala přenos z člověka na člověka až 20. ledna. Za rychlým vznikem vakcíny ovšem nehledejme žádnou konspiraci. K výrobě mRNA vakcíny totiž konkrétní nový virus fyzicky nepotřebujete. Stačí vzít záznam genomu nového koronaviru SARS-Cov2, porovnat ho s genomem starého SARS-Cov1 (databáze je veřejná), vystřihnout a upravit v laboratoři sekvenci RNA, která kóduje spike protein (ony „pacičky), vložit ho do tukové nanokapsle… A je to. Buňka, do níž se vakcína dostane, pak ve své továrně (ribozomu) ty koronavirové spiky vytvoří a vystaví si je venku na svém povrchu. V tu chvíli se aktivuje náš imunitní systém: B-buňky vytvoří protilátky, T-buňky označí nepřítele a paměťové buňky si celý boj zapamatují.

Schéma principu mRNA vakcín. Zdroj: New York Times

mRNA vakcíny nejsou „nové“

Už 7. února společnost Moderna oficiálně oznámila, že má vakcínu k dispozici, a 16. března pak nová očkovací látka přešla do 1. a 2. fáze testování na lidech. Nakonec ale Modernu předběhla mezinárodní firma Pfizer BioNTech, která spustila klinické testy 5. května. Obě vakcíny vycházejí z práce maďarské biochemičky Katalin Karikó a amerického imunologa Drew Weismanna. Na stejném principu by měl fungovat také dlouho očekávaný CureVac od společnosti Bayer, která by snad měla být k dispozici v létě.

Technologie mRNA vakcín vzbuzuje v lidech často obavy, je totiž relativně nová. Ve skutečnosti ji ale vědci zkoumají již 20 let v souvislosti s léčbou rakoviny. Zbytečné jsou rovněž obavy, že by cizorodá RNA z nových typů vakcín mohla v těle přetrvávat nebo dokonce nějak poškodit DNA našich buněk. Vakcína totiž do buněčného jádra vůbec nevstupuje, jen předá návod k výrobě buněčné „továrně“ ribozomu. „Je to neopodstatněná obava. V jediné chvíli najdete v lidské buňce více než 5000 různých RNA zpráv. Jsou dočasné, jako papír, který po přečtení roztrháte. Za pár minut či hodin je RNA, kterou vakcína vnese do buňky, pryč. Druhý den po očkování už ji v buňkách zkrátka nenajdete,“ vysvětluje pro magazín Science Alert profesor Shane Crotty z La Jolle Institute for imunology v Kalifornii. „Navíc mRNA vakcína obsahuje jen krátký vzkaz, recept, jak vyrobit jeden konkrétní virový protein. V těle se nic nemnoží, nekopíruje. Celý koronavirus má naproti tomu takových úseků 25 a do buněčného jádra vstupuje.“

Adenovirus jako autobus

Rychlý byl také vývoj vektorových vakcín od firem AstraZeneca a Johnson & Johnson. Do vektorové vakcíny na bázi adenovirů se pustil také ruský Ústav epidemiologického a mikrobiologického výzkumu Nikolaje Gamaleji (Sputnik V) a zároveň s ním i několik čínských institucí.

Vektorové vakcíny byly už dříve testovány například proti Ebole (jednu z nich, od firmy Merck už schválila Evropská léková agentura, takzvaná EMA). Výroba vypadá zhruba takto: Osekáte a vykucháte nějaký celkem neškodný virus, v tomto případě adenovirus, a vezmete mu schopnost množit se, ale zato mu do RNA „naroubujete“ úsek pro tvorbu spike proteinu („paciček“) ze SARS-Cov2. Tento adenovirus pak funguje jako takový autobus, který dopraví vámi zvolený program do jádra a posléze do buněčné továrny. Buňka začne vyrábět spike protein podle návodu... a dál už to znáte. Rozdíl je jen v tom, že většina vakcín tohoto typu (Sputnik V, J & J nebo čínská CanSino) používají lidské adenoviry, kdežto AstraZeneca zvolila adenovirus šimpanzí. Rizikem použití adenoviru je možnost, že si tělo vytvoří imunitu proti nosiči – nebo ji už má –, což může být problém. Šimpanzí adenovirus tuto možnost vylučuje. Zdá se však, že tělo na něj v některých případech reaguje až příliš silně, což může být i příčinou oněch vzácných případů tvorby krevních sraženin. Autoři vakcíny Sputnik V naopak vsadili na kombinaci dvou různých lidských adenovirů – jiný typ v první a jiný ve druhé dávce, což je v principu velmi dobrý nápad. Samotná technologie výroby je ale bohužel zastaralá: Minimálně několik šarží vakcíny mělo v sobě adenovirus, který během zpracování pravděpodobně opětovně získal schopnost samovolně se v těle množit. To se stávalo v minulosti při využití starších technologií, ty nejnovější tomu dovedou zabránit. Samovolně se množící vakcínu pochopitelně v těle nikdo nechceme, adenovirus může nenápadně „vegetit“ v některých orgánech. Rozdíl v účinnosti jednotlivých vakcín je také v tom, zda používají takzvaný „prestabilizovaný spike“. Tuto technologii mají všechny mRNA vakcíny, ale těch vektorových ji zatím využívá pouze Johnsson & Johnsson.

Jako nadějný kandidát se jeví také proteinová vakcína od americké společnosti Novavax, která se mimo jiné vyrábí také v Česku, v Bohumili u Prahy. Z prázdné kapsle tvořené tuky a polysacharidy trčí opět onen známý spike protein („pacičky“) z koronaviru (preotein se pěstuje v laboratoři na hmyzích buňkách), ale očkovací látka vůbec do buněk neproniká, jen se na nich přichytí a tváří se podezřele. Imunitní systém vytvoří protilátky a T-buňky vetřelce sežerou. Jednu vakcínu na podobné bázi vyvinuly také Čína a Rusko, další chystá Kanada. Ovšem žádná z proteinových vakcín zatím není oficiálně schválená. Novavax se potýká s technologickými problémy při výrobě a EMA doposud vakcínu neschválila, ačkoli firma zažádala o registraci již v březnu 2021.

Čínská společnost Sinovac a Indická firma Bharat Biotech vyrobily zároveň vakcíny udělané „postaru“ tak, že použily celý „zabitý“ koronavirus. Tento způsob výroby vakcín je nejméně bezpečný jak při procesu výroby (práce s živým virem), tak pro jedince, který očkovací látku dostane. „Zabitý“ celý koronavirus navíc vyvolává paradoxně nižší tvorbu protilátek než vektorové a mRNA vakcíny. Vědci spekulují o tom, že část protilátek, které se tvoří, nejsou neutralizační, ale jen „rozpoznávací“, takže nejsou dostatečně efektivní v neutralizaci nepřítele. Pouze neutralizační protilátky totiž dovedou virus „obalit“ a zabránit mu tak ve vstupu do buňky.

Vlevo: Schéma principu proteinových vakcín. Vpravo: Schéma principu vektorových vakcín. Zdroj: New York Times

Noví viroví mutanti

Při tvorbě vakcín všem samozřejmě trochu zamíchaly karty nové varianty viru. RNA viry, mezi něž koronaviry patří, totiž mutují poměrně rychle, protože jejich genetická informace (RNA) je méně stabilní a při každém dalším přepisu roste pravděpodobnost vzniku nějaké chyby. Asi jako když kopírujete stále dál a dál stejný list papíru nebo stejný počítačový soubor. Speciálně koronaviry ovšem mutují relativně pomalu. „V průměru naakumuluje nový SARS-Cov2 přibližně 25 - 30 mutací za rok,“ vysvětluje virolog Jan Weber z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. „To znamená, že mutuje dvakrát pomaleji ve srovnání s chřipkou (influenza) a 5 - 10krát pomaleji nežli například virus HIV.“ Koronaviry jsou totiž mezi RNA viry docela mackové (až 140nm velké a 30 tisíc „písmenek“ dlouhé!) a SARS-Cov2 má navíc šikovný enzym, který dokáže opravovat chyby a mutacím tak předchází. Zdaleka ne všechny mutace jsou totiž pro virus výhodné. Některé chyby viru nevadí, jiné ale mohou být tak fatální, že linie, které tyto mutace nesou, rychle zaniknou. Uchytí se pouze mutace životaschopné a převládnou ty, které budou v daných podmínkách ze všech nejživotaschopnější. Na druhou stranu ovšem nutno podotknout, že SARS-Cov2 mutuje pomalu celkově, ale poměrně rychle v místě svého spike proteinu, tedy „paciček“, kterými se přichytává k buňkám. A protože mu lidstvo dává k mutacím obrovský prostor v podobě stovek milionů jedinců, má virus šanci zvyšovat svoji schopnost „hacknout“ naše těla a vypěstovat úspěšné varianty, které umí lépe pronikat do buněk a také do určité míry obejít neutralizační protilátky. „Občas přijde užitečné se na vir dívat jako na optimalizační proces, nebo dokonce výpočet. Vir je vlastně kus informace, nějaká sekvence bitů (technicky bází), dlouhé číslo. Evoluční výpočet neustále hledá sekvence, které dopadnou nejlépe, náhodně, metodou pokus-omyl,“ píše ve svém příspěvku matematik Jan Kulveit. „Pro virus je samozřejmě vždy lepší se rychleji šířit mezi lidmi, a to ideálně mezi těmi skupinami lidí, které omezily kontakt nejméně,“ vysvětluje dále. To může znamenat například možnou adaptaci viru na mladší věkové kategorie, které kontakt tolik neomezily, případně na děti. Tam, kde už bude mít větší množství lidí protilátky, pak mohou získat výhodu právě mutace, které je umí obejít, jako je tomu v JAR a Brazílii. Ideální proto je vytáhnout celý arzenál zbraní naráz: Eliminovat virus v populaci tak, abychom mu neposkytli tolik prostoru k množení v našich tělech a neprozrazovali mu svá „přístupová hesla“.

Zatím nejúspěšnější variantou byla Britská B.1.1.7, zvaná Brigita. Díky mutaci v oblasti spike proteinu, „paciček“, zvané N501Y, která výrazně zvyšuje schopnost viru přichytit se k hostitelově buňce a proniknout dovnitř. Změna je způsobena pouhou výměnou jedné aminokyseliny za druhou, ale jejím výsledkem jsou „chápavější packy“, které zvyšují infekčnost viru o 50 až 70 %, takže k nákaze stačí mnohem menší dávka. Navíc se virus o dost snadněji šíří i uvnitř těla hostitele. I nižší tak dávka může vyvolat dramatičtější průběh nemoci. Virus také získává lepší schopnost infikovat mladší věkové kategorie: Děti a dospívající mají na povrchu svých buněk méně ACE2 receptorů, přes které se virus přichytává, nežli dospělí, ale nové varianty s mutací N501Y si s průnikem do jejich buněk poradí lépe než stará „divoká verze“. Brigita ale naštěstí umí obcházet protilátky jen v malé míře, a tak neměla příležitost „kosit“ očkované jedince. Fungují proti ní naštěstí všechny schválené vakcíny.

Stejnou mutaci jako Brigita si vyvinuly nezávisle na sobě také jihoafrická varianta B.1.351 zvaná JARka a brazilská varianta P.1. Mají ale společné ještě další dvě mutace na virových „pacičkách“, označované jako E848K a K417. Ty jim umožňují lépe uniknout protilátkám, které si hostitel vytvořil po předchozí infekci. Zároveň snižují také efektivitu neutralizačních protilátek vytvořených po očkování, takže jsou potřeba opravdu vysoké hladiny, aby si tělo s virem poradilo. Podle studií zřejmě například vakcína od AstraZeneca (v Evropě Vaxervia / v Indii Covishield) funguje proti jihoafrická variantě pouze na 10 %, takže chrání před těžkým průběhem a smrtí, ale nikoli před středně těžkým průběhem onemocnění. Čínský Sinovac a indický Covaxin na bázi celého koronaviru původního typu také nejsou moc efektivní. Dobrá zpráva je, že si pravděpodobně zatím dovedou poradit o něco lépe s indickou variantou xxx, která není v obcházení protilátek tak šikovná jako JARka, ale přece jen schopnější než Brigita. Zatím nejlépe z hlediska nových mutací i nežádoucích účinků vycházejí mRNA vakcíny od firem Pfizer BioNTech a Moderna, jejichž účinnost se po 2. dávce pohybuje kolem 90 % a při setkání s obávanou jihoafrickou variantou klesá na 70 %. Riziko však představuje prodlužování intervalu mezi jednotlivými dávkami – mnozí lidé se nakazí po 1. dávce, když ještě nejsou dostatečně chráněni. Naopak lidem, kteří již Covid prodělali, pravděpodobně stačí pouze jedna dávka k tomu, aby získali dostatečnou ochranu v podobě vysokých hladin protilátek.

Výhoda nových technologií při výrobě vakcín je navíc v tom, že mohou být poměrně snadno upraveny na nové varianty: Stačí zkrátka přidat kousek RNA, který kóduje nové mutace. U mRNA vakcín lze něco takového provést prakticky za den a do výroby uvést během týdnů. Moderna již svůj booster proti jihoafrické variantě testuje a má s ním dobré výsledky – funguje dobře nejen proti samotné JARce, ale také proti všem ostatním variantám viru. Ředitel firmy Pfizer Albert Bourla také prohlásil, že se chystá booster vakcíny Comirnaty. „Ano změnit sekvenci u mRNA vakcín by bylo záležitostí opravdu pár týdnů,“ potvrzuje virolog Jan Weber z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. „Bude záležet na organizacích, které schvalují vakcíny, jestli budou požadovat nové klinické zkoušky. Například vakcíny proti chřipce se formulují nově téměř každý rok a není nutné opakovat klinické zkoušky.“ Ani změnit adenovirové vektorové vakcíny (AstraZeneca, Johnson&Johnson, Sputnik) by podle něj nebyl složitý proces.

Schéma inaktivovaného koronaviru. Zdroj: New York Times

Vakcíny budoucnosti

Budoucnost ale vidí mnozí vědci v další generaci vakcín, které budou obsahovat vice antigenů, na které bude imunitní odpověď namířená: „Jsou takzvaně multikomponentní, tedy složené z vícero různých částí viru anebo zároveň z několika různých mutací dohromady,“ vysvětluje docent Marián Hajdúch z Institutu molekulární a translační medicíny. „Takové vakcíny sníží pravděpodobnost úniku viru imunitní kontrole navozené očkováním, je totiž mnohem obtížnější pro virus vytvořit současně selekčně výhodné mutace na různých genech, které by odolávaly kontrole imunitního systému.“ Řekněme, ze „hacknout“ kód založený na více různých úsecích bude pro virus stejné jako snažit se otevřít zámek s dlouhým číselným kódem: Už to nepůjde tak snadno.

Svatým grálem je ale v současnosti univerzální vakcína proti všem betakoronavirům, tedy proti SARS-Cov1, MERS-Cov, SADS-Cov (napadá prasata) a SARS-Cov2 dohromady. Současný výzkum navazuje na ten, který běží již od roku 2017, nyní však ale získal mnohem vyšší prioritu a také výrazně lepší financování ze strany Národního institutu pro alergie a infekční choroby (NIAD) v USA.

Univerzální vakcíny budeme ostatně potřebovat i proti mnoha dalšími virům. Pandemie nového koronaviru rozhodně není tou poslední, která lidstvo čeká. Pro příště bychom se tedy mohli lépe vybavit. S využitím současných technologií je totiž možná naprosto převratná věc: Teoreticky bychom si mohli předpřipravit vakcíny proti všem skupinám virů, například proti filovirům jako Marburg nebo Ebola, hendravirům jako Hendra a Nipah, které mají pandemický potenciál, tedy schopnost infikovat člověka nebo by ji mohly v budoucnu získat. Vědci tyto viry pravidelně monitorují. Pak by jen stačilo vždy vakcíny doladit či „aktualizovat“ podle nových variant virů v rámci těchto skupin.

„Děláme to každý rok kvůli chřipce“ říká americká viroložka Angela Rasmussen pro New York Magazine. „Nevíme, které chřipkové viry budou obíhat, takže uděláme nejlepší odhad. A pak to formujeme do vakcíny využívající v podstatě stejnou technologickou platformu, na které jsou založeny všechny ostatní vakcíny proti chřipce. Celý proces trvá několik měsíců.“ Tímto způsobem by bylo možné zajistit v budoucích očekávaných ohniscích rovnou i první fázi klinických testů na lidech. „Pokud bychom takto předpřipravili vakcíny proti 50 - 100 různých virů, byli bychom schopni efektivně pokrýt všechny variace, které by mohly v budoucnu vést k pandemiím,“ vysvětluje profesor Florian Krammer, virolog a vakcinolog z univerzity Mount Sinai v New Yorku. „Vývoj jedné takové vakcíny by vyšel zhruba na 20 až 30 milionů dolarů.“ Krammer v článku publikovaném ve vědeckém časopise Cell navrhuje, že by mohly být preventivně ještě dávno před příchodem pandemií provedeny nejen fáze I a II, ale také některé testy účinnosti fáze III, především u již existujících kmenů. Novou vakcínu bychom tak mohli mít nikoli za rok, ale za pouhé tři měsíce. „Obávám se ale, že jakmile současná pandemie pomine, pozornost vlády, médií i veřejnosti se opět odvrátí jinam a když přijde nová pandemie, budeme znovu nepřipraveni,“ dodává.