Zvětšit obrázek

Chřipkový virus v elektronovém mikroskopu. (Kredit: Wikipedia)

Chřipky nejsou tak neškodné, jak by se mnoho zdát. Dokážou se podepsat jak na mozku, tak i srdečních chlopních a udělat z nás mrzáky na celý život. I u jedinců v plné síle umí vyvolat cytokinovou bouři a zatahat za krátký konec se zvoncem. Můžeme to zkusit se chránit očkováním, jenže virus chřipky se každý rok mění a vakcíny se zaměřují jen na ty specifické kmeny převládající v daném roce. A tak se i přes veškerý medicínský pokrok s nástupem chřipkové sezóny znovu roztáčí ruleta s životem a smrtí. Podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí má na svědomí až padesát tisíc Američanů ročně. Podle Světové zdravotnické organizace na chřipku ve světě každoročně umírá čtvrt až půl milionu osob.

Zvětšit obrázek

Virový protein, který vědci hodlají použít k vakcinaci, vyrobili pomocí bakterie Escherichia coli. Nepoužili k tomu celé buňky, ale jen jejich vykuchané „vnitřnosti“ zbavené povrchových membrán a jader. (Kredit: Rocky Mountain Laboratories)

Týmy virologů se každoročně snaží pro výrobce vakcín vytipovat, které z variant virů budou ty aktuální a na ně se pak s předstihem připravují imunizační vakcíny. I když je stávající systém předcházení epidemiím chřipky do jisté míry funkční, jistotu, že se viroví prognostici „netrefí“ do těch správných antigenů, stále hrozí a s tím i možnost vzniku pandemie. Bohužel i takové, jakou byla v roce 1918 španělská chřipka, kdy virus H1N1 zkosil  desítky milionů Evropanů. Uvádí se dvacet ale i tři sta milionů mrtvých. Podle toho, zda se jako oběti počítají ti z  „civilizovaného“ světa nebo se započítají i mrtvoly domorodců v koloniích,  s nimiž si tehdy hlavu nikdo moc nelámal. Není divu, že se lékaři celého světa již dlouho snaží o něco, čemu říkají  univerzální chřipková vakcína. Ve Stanfordu jsou možná už hodně blízko. Naznačuje to článek v aktuálním vydání časopisu americké akademie věd -  Proceedings of the National Academy of Sciences. Číňan Yuan Lu, stážující na západě Spojených států v samém srdci Silicon Valley na Stanfordské univerzitě u chemika a bioinženýra Jamese R. Swartze využil nových poznatků ve stavbě klíčového povrchového virového proteinu. Z mnoha vyčnívajících struktur na povrch viru se zaměřil na ty, jež jsou ve stovkách exemplářů a říká se jim hemaglutinin (HA). Každá z kopií se podobá hříbečku, který má hlavičku a nožku. Na změnách ve stavbě tohoto proteinu závisí, zda imunitní systém včas virus pozná a zareaguje. Jsou tím, co určuje  virulenci chřipkového kmene.

K rekonstrukci zabijáka z roku 1918 posloužila jeho oběť uchovaná v sibiřském permafrostu. (Kredit: CDC)

Stávající vakcíny proti chřipce jsou založeny z velké části na inaktivovaných virech. Buďto jako imunizační substanci obsahují jen hlavy proteinů HA a zbytek viru chybí, nebo je virus pozměněn a hendikepován natolik, že pro organismus nepředstavuje nebezpečí. Po vpravení takové látky do krevního oběhu se imunitní systém s protivníkem, respektive s jeho hemaglutininovou „hlavou“, seznámí a vytvoří specifické protilátky. Ty pak kolují v těle a v případě nákazy virem s podobnou proteinovou „hlavičkou“ na svém povrchu, ho atakují. Když již vytvořené protilátky přestanou situaci zvládat, leukocyty, které již měly s podobným vetřelcem tu čest, se nezdržují s proškolováním na daný antigen a obrana se jako jeden celek probere k pádnější odpovědi bez dlouhých průtahů. 

Zvětšit obrázek

HA protein tří kmenů chřipky. Vždy jej tvoří hlavička a nožka. Současné vakcíny se zaměřují na hlavu. Barevné tečky představují aminokyseliny. Žluté jsou ty, které se při porovnání s rokem 1918 ve variantách z let 1934 a 2009 změnily. Mutace, jak je vidět, postihují především hlavičku. Stanfordští vědci vyvíjejí vakcínu proti chřipce cílenou na protein tvořící nožku HA. Takové očkování by chránilo proti různým kmenům chřipky. (Kredit: Yuan Lu, Stanford University)

Virus chřipky ale rok co rok prochází náhodnými mutacemi a ty občas dokážou svého nositele tak  překabátit, že by jim to mohl závidět i mnohý z našich poslanců.  Na takové experty je každý represivní systém krátký, a imunita je spíš chrání.  Zkrátka a dobře, nemoc pak zchvátí očkovaného stejně, jako neočkovaného. Vědci si na hemagglutinačním proteinu všimli zajímavé drobnosti. Zatímco část označovaná  jako hlavička se mění velmi často a to nejen rok od roku, ale i v průběhu šířící se infekce, nožka (nebo taky někdy stonek) tohoto proteinu, je značně konzervativní. Jinak řečeno, různé viry z různých let i rozdílnou virulencí, mají stejnou HA nožku. Z toho výzkumníci usoudili, že by vakcína založená na protilátkách proti této neměnné proteinové struktuře měla být účinná bez ohledu na virové převleky. Očkování zaměřené na „nožku“  by zabíralo nejen na různé chřipkové kmeny ale navozená ochrana by se neomezovala časově na jeden rok, jako je tomu nyní.

Na univerzální vakcíně ve Stanfordu intenzivně pracují něco přes dva roky. Nejprve izolovali virovou  DNA s instrukcemi pro výrobu strukturní bílkoviny. Použili k tomu chřipkový virus H1N1. A to jak jeho variantu z roku 1918, původce pandemie, tak tu, která v roce 2009 udeřila znovu, byť již ne v tak virulentní kondici. Zjištěné změny situované na hlavičku je přivedly na myšlenku, věnovat se nožce a proti ní  připravit vakcínu.  Z přečtené DNA, která definuje celý HA protein -  jak hlavu, tak i jeho stopku, odstřihli sekvence odpovědné za tvorbu „hlavičky“. Získali DNA kód pro  nožku. Podle něj se pak snažili vyrobit protein. Využili k tomu relativně novou a experimentální metodu zvanou CFPS. Kdyby bývali zvolili klasickou cestu a získaným DNA kódem znásilnili nějaké buňky pro produkci žádaného proteinu, získali by ho také.  Jenže by to trvalo jeden až dva týdny. Novou metodou ho mají během jednoho až dvou dnů.

Zvětšit obrázek

Příslušníci policie se v roce 1918 snažili chránit rouškami. (Kredit Wikipedia)

I když název „Cell-free protein synthesis” hlásá, že jde “bezbuněčnou produkci proteinů”, myslet si, že k tomu buňky vědci nepotřebovali, by byl omyl. Buňky k tomu pochopitelně potřeba jsou, ale ve finále ne celé. U klasické tvorby proteinu buňkou vzniká problém s tím, že  buňky netvoří jen to, co od ní chceme, ale podle příkazů z jádra i stovky, nebo spíše tisíce dalších molekul. Výsledná koncentrace získané látky je pak nejen nízká, ale hlavně kontaminovaná balastem. Z těch mnoha látek, tu potřebnou, je pak potřeba složitě separovat. Nejvíc balastu je ze zbytků membránových a jaderných proteinů.
 

Fígl metody CFPS spočívá v rozšmelcování buněk a ze vzniklého mišmaše centrifugací odstranění buněčných membrán i buněčných jader.  Využije se z nich jen to nejdůležitější – ribozómy (továrny na produkci proteinů) a enzymy (aminoacyl-tRNA syntetázy), faktory iniciační translaci a nukleázy. Vyjmenované substance fungují ve zkumavce jako “výrobní linka”, které stačí dodat instrukce v podobě DNA.  A protože odstraněné jádro systém svými příkazy již neopruzuje, výsledný produkt je neobyčejně čistý a koncentrovaný. Pokud do něj  průběžně doplňujeme stavební kameny, energii a pufrovací látky (aminokyseliny, fosfofenol pyruvát, acetyl fosfát a kreatin phosfát), po nějakou dobu bude tvořit především jen ten jediný proteinový řetězec. Tak se vědcům podařilo získat žádoucí a nekontaminované kousky proteinového řetězce specifického pro “nožku”.  Čistota v tomto případě hraje velkou roli.  Kontaminace dalšími proteiny by v imunizační dávce způsobily, že by obrana nevěděla kam dříve skočit. V takových případech se stává, že obrana zahájí útok proti proteinům, které se jí nezdají jen proto, že jsou z bakterie. I když ve skutečnosti žádnou hrozbou nepředstavují.

Zvětšit obrázek

Situace, jako tato v Kansasu, by se již nemusely opakovat. (Kredit Wikipedia)

Ani získáním čistého proteinu metodou CFPS neměli ještě vyhráno. Sklidili totiž „jen“ jedno vláknové proteiny, monomery. Nožku, jak se ukázalo, ale tvoří trimer - tři umně propletená vlákénka. Problémy jako by nebraly konce. Daší vyvstal s rozpustností syntetizované substance. Aby vyrobená látka měla co největší antigenicitu (co nejvíce nasírala obranný systém), museli mít produkt rozpustný. Jen takový má předpoklady dostat se k velkému počtu bílých krvinek a může zajistit řádnou odezvu.

Podle článku v PNAS i toho již bylo dosaženo (pomocí bakteriofágu) a tak asi brzo začnou testy na zvířatech s ověřováním, zda se očkováním podaří navodit odolnost proti virulentním kmenům chřipky. K tomu dojde jen pokud se řetězec HA proteinu přináležející nožce, nebude obrannému systému bílých krvinek zamlouvat. Zda u bílých krvinek vytvoří dostatečnou averzi se dá dopředu těžko odhadnout. Ale laboratorní testy na imunogenicitu stabilizovaného trimeru nožky dopadly zatím slibně. I kdyby nakonec v pokusech na primátech proteinové nožky vyhodnocoval obranný systém přece jen  jako něco, co nestojí za to se tím zabývat, nemusela by všechna práce vyjít vniveč. Šlo by ještě na obranný systém zahrát habaďůru. Navázat protein na něco, co ho bude provokovat agresivněji. Takovým látkám se říká adjuvantní a s jejich pomocí se často podaří lenošný systém přivést k rozumu. Pokud se málo imunogenní látka presentuje současně s  něčím s čím měl organismus špatné zkušenosti, pak se čsto stává, že mocně vyrukuje i proti tomu, co ho dříve nechávalo chladným. Kdyby to klukům ze Stanfordu vyšlo podle předpokladů, byl by konec s každoroční vakcinací s nejistými výsledky. Nová vakcína by nás mohla zbavit většiny chřipek jednou pro vždy.   

Literatura

Proceedings of the National Academy of Sciences www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1308701110
Stanford University