Na brazilském vládním letáčku je fotografie zásilky vakcín yCOVID-19 vyrobené čínskou společností Sinovac Biotech, po příletu na letiště Cumbica, v Guarulhos, stát Sao Paulo, Brazílie

Nejprve krátký přehled o situaci na špici peletonu

Týmů, které se pustily do vývoje vakcíny na COVID-19, je více než 120. O jedné z těch perspektivních, vyvíjené firmou Moderna jsme vás informovali před týdnem. Kdo v honbě za velkými zisky uspěje, zatím není jasné. Podle čísel uváděných časopisem Lancet, se do čela probojovalo jedenáct vakcín. Tolik jich má registrované studie v klinické fázi testování (ClinicalTrials.gov). Z toho jsou tři vakcíny založeny na rekombinantním proteinu, dvě na virových vektorech, jedna vakcína DNA, dvě vakcíny mRNA, dvě na bázi inaktivovaných virů a jedna založená na autologní dendritické buňce naplněné antigeny ze závažného akutního respiračního syndromu.  Většina je v raných fázích klinických testů označovaných jako jedna a dvě.

Nejblíže zavedení do praxe jsou ty, které se dostaly do třetí fáze testů. Sem  patří  vakcína ChAdOx1 nCoV-19 vyvinutá Universitou v Oxfordu, rekombinantní vakcína bázi adenoviru typu 5 (Ad5-nCoV čínské společnosti CanSino Biologics, vakcína CoronaVac od čínské společnosti Sinovac a vakcína mRNA-1273 americké firmy Moderna. Dále k těm „nej“ se řadí ještě vakcína farmaceutického gigantu AstraZeneca a vakcína čínské společností Sinopharm, která se testuje ve Spojených arabských emirátech. Někteří sem řadí i vakcínu proti tuberkulóze, která se testuje v Austrálii jako potenciální vakcína s rozšířenou působností na koronaviry. Také by již měla být ve fázi 3.

Největší pozornost se ale upíná na výsledky firem, které testují v Brazílii. Není se co divit. Počet nakažených tam překročil dva miliony a obětí je přes osmdesát tisíc. Svá želízka v ohni tam má hned několik ze jmenovaných firem. Průkaz účinnosti vakcíny na tamní frontě by měl pro mezinárodní obchod cenu zlata. Z tohoto pohledu mnozí odborníci nejvíc naděje vkládají do Čínské vakcíny od firmy Sinovac. Také proto, že ji v rámci poslední fázi testů začali dostávat dobrovolníci z řad lékařů a zdravotního personálu v nejpostiženějších lokalitách. Na výsledky netrpělivě čeká nejen Brazílie, ale celý svět.

Proč vakcíny nemusí fungovat?

Dvě tvarové alternativy spike proteinu pořízené elektronovým mikroskopem. Vlevo je protein „před“ (předtím, než dojde k fúzi membrány buňky a viru), Vpravo „po“ fúzi. Kredit: Molecular Maya by Jonathan Khao, PhD and Gaël McGill, PhD, Digizyme Inc.

Vysvětlení nejspíš dává nejnovější poznatek chování spike proteinu. V angličtině to znamená protein špičky, nebo protein tvořící hrot. Jako ostré zakončení proto bývá na schematických obrázcích vykreslen. Ve skutečnosti žádnou špičkou, hrotem ani trnem není, neboť má na svém konci bambuli. Nejlépe bychom proto udělali, kdybychom anglický termín přeložili do brněnského hantecu: spike = špicový. Dovoluje nám to představit si pod tím jeho výjimečnost a nikoli tvar.

Než se ale dáme do vysvětlování nejnovějšího poznatku výzkumníků z Harvardu a Dětské nemocnice v Bostonu, který o „špicovém“ proteinu včera publikovali v časopisu Science obšírnou práci, bude dobré si připomenout některé ze starších poznatků, na něž ty nové navazují.

Problém zvaný membrány

Náš koronavirus patří mezi viry, které mají obálku. Až pod ní skrývá svůj smrtonosný obsah v podobě ribonukleové kyseliny. Obálku tvoří fosfolipidová dvojvrstva. Právě ta ale představuje pro virus problém. Dostat dvě membrány k sobě – tím je míněna povrchová membrána buňky s membránou virovou (obálkovou), není jen tak. Jejich vzájemnému přiblížení totiž brání odpudivé síly. Vyřešit tento problém svěřila evoluce zmíněnému spice proteinu. Dlouho se mělo zato, že má funkci (tak jak ho zobrazují starší snímky z elektronového mikroskopu) jako trnová koruna  propichující membránu buňky a umožňující dostat obsah obálky do buňky hostitele.

Je to ale kapku složitější. Jak už jsme naznačili, spike protein není žádným hrotem s funkcí oštěpu, ale jeho pravá úloha se dá přirovnat k siláckým kouskům Franty Kocourka při tahání kamionu. Přitahuje membrány brutální silou, až se nakonec dotknou a zfúzují. K překonání kinetické bariery je potřeba hodně důvtipu. Příroda na to vymyslela metastabilní stav proteinové molekuly. V praxi to vypadá zhruba tak, že pokud se koronavirus svými bambulkovitými výčnělky dostane do kontaktu s lidskou buňkou mající na své membráně receptor protein ACE2, spustí se mechanismus, který vede k přichycení viru k buňce (pro fajnšmekry ACE2 je angiotensin konvertující enzym2).

Virus získá na napadené buňce něco, jako ukotvení. Ani takové „na volno“ připoutání k hostitelově buňce, by mu moc platné nebylo. Je potřeba aby přitlačil membrány až k sobě. Tak jako svalovci při přetahování lana se nejprve ohnou v pase, aby mohli víc zabrat, stejně to dělá i náš „špicový“ protein. Jen se tomu odborně říká štěpení se změnou konformace. Tady sled dalších událostí opustíme. Ne, že by to nebylo zajímavé a důležité, ale pro dnešní téma - účinnost vakcinace, to nehraje roli.

Je zbytečné připomínat, že u vakcinace je podstatné, aby si tělo vytvořilo protilátky proti něčemu, co málo mutuje, a co je z pohledu viru, pro něj životně důležité. Z těchto úhlů pohledu je náš spice protein ten nejlepší kandidát. Pokud po vakcinaci budou v těle kolovat protilátky, které ho vyřadí ze hry, nebo mu aspoň ztíží práci, virus se nedostane do buněk a máme vystaráno.

Umělecké ztvárnění toho, jak SARS-CoV-2 fúzuje svou membránu s membránou hostitelské buňky. Kredit: Molecular Maya Jonathan Khao, PhD a Gaël McGill, PhD, Digizyme Inc.

A teď pozor, jdeme do finále nejnovějších poznatků. Koronavirus je filuta, svůj spice protein obaluje cukrem (je silně glykosylovaný), což už samo o sobě našemu imunitnímu aparátu ztěžuje práci. V rukávu má protein ještě jedno eso. Je to již zmíněná konformace, které vědci začali říkat „před“ a „po“. Rozuměj před atakem buňky a po něm. Dobře se to pamatuje, na začátku je rovný a vzpřímený, později „ohnutý“.

Teď odskočíme k protilátkám. U těch nestačí aby byly namířeny jen proti „nějakému“ proteinovému řetězci. Je třeba, aby zapadly jako klíč do zámku – bez správné prostorové konfigurace to zkrátka nejde. A v tomto detailu je ono pomyslné čertovo kopýtko. Náš spice protein se v průběhu ataku buňky prostorově mění. Nejen, že se tímto převtělováním před imunitními buňkami maskuje, ale ještě to vypadá, že svou „po“ formou (pofúzní, ohnutou) chrání „pre“ (rovnou) formu spice proteinu tím, že zaměstnává imunitní systém a eliminuje jím vytvořené protilátky. Zjednodušeně řečeno, když si naše bílé krvinky (B buňky) vytvoří zbraň proti nesprávné verzi, budou nám v krvi kolovat protilátky, které v laboratorních testech budou vypadat slibně, ale vlastnímu průniku virové DNA do buňky a propuknutí nemoci, nezabrání. A dokonce, i když si organismus vytvoří ty správné protilátky, tak jim „po“ forma spice proteinu může bránit v tom, aby se ty správné dostaly do kontaktu s „před“ formou, což na úspěšnosti imunitního systému taky nepřidá.

Odhalená proměna spice proteinu má kromě uvedených komplikací prsty i v tom, že koronavirus na různých površích (třeba na klikách u dveří) přežívá déle, než třeba virus chřipky. Z nějakých, jen viru známých pohnutek, někdy mění konformaci svého spice proteinu do formy „po“ , aniž by se dotkl na buňce kotvícího proteinu ACE2. Jeho forma „po“, je tužší a odolnější. Virus to víc chrání před povětrnostními vlivy. A to je základ mechanismu, který mu umožňuje zůstat nebezpečný delší dobu. Třeba po vykašlání nám zaschne na rukách a pozdrav podání ruky je rizikovějším, než by tomu bylo třeba v případě chřipky.

Když se vrátíme k meritu věci, tak o výsledné funkčnosti již testovaných vakcín, bude do značné míry rozhodovat něco, co v době jejich přípravy nebylo známo. Ruletou štěstí bude, jak se komu podařilo protein, kterým imunitní systém škádlí, připravit. Nestačí, aby měl správnou aminokyselinovou sekvenci, ale i prostorovou konfiguraci. Odhalení proměn spice proteinu z „před“ na „po“ architekturu by se mělo zúročit, například v přípravě účinnějších vakcín.

Poločas protilátek

Třetí poznatek z tohoto týdne se týká protilátek proti koronaviru, ale nikoli těch navozených imunizací, ale těch vznikajících přirozenou cestou u pacientů s COVID-19. V Časopise New England Journal of Medicine, zveřejnil kolektiv výzkumníků z University of California jejich zkušenosti z přetrváváním protilátek u osob, které prodělaly mírnou formu infekce. Uvedená fakta znevažuje úmysl zavádět tzv. „imunitní pasy na bázi protilátek“, neboť poločas protilátek kolujících v krvi se ukazuje být v průměru jen 73 dní. To tedy znamená, že polovina protilátek po této době z oběhu zmizí. Podobný poznatek hlásila před časem Čína. Tou lepší zprávou je, že  většina oslovených odborníků se k tomu vyslovuje v tom smyslu, že i když protilátky z těla rychle mizí, nebude to nutně znamenat, že mizí i imunita. Imunitní systém by se měl na daný virus i mírnou reakcí vyškolit a v případě následné infekce reagovat ještě rychleji a s přesnějšími protilátkami.

Literatura

Yongfei Cai, et al..Distinct conformational states of SARS-CoV-2 spike protein, Science 21 Jul 2020. DOI: 10.1126/science.abd4251

Feng-Cai Zhu, et al .: Immunogenicity and safety of a recombinant adenovirus type-5-vectored COVID-19 vaccine in healthy adults aged 18 years or older: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 2 trial, The Lancet, Luly 20, 2020. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)31605-6F.

Javier Ibarrondo et al. Rapid Decay of Anti–SARS-CoV-2 Antibodies in Persons with Mild Covid-19, New England Journal of Medicine (2020). DOI: 10.1056/NEJMc2025179