Dlaczego ospa nas nie zabija? Szczepionki, ich historia i działanie

Na ospę prawdziwą, jedną z najbardziej śmiercionośnych i najdłużej trapiących ludzkość chorób, nie zapada obecnie nikt. Ostatnie znane przypadki naturalnej infekcji miały miejsce w 1977 roku w Somalii. Natomiast ostatnimi ofiarami ospy było dwoje Brytyjczyków. W 1978 roku fotograf medyczna Janet Parker zaraziła się ospą na University of Birmingham. Obwiniany o jej chorobę profesor Henry Bedson, który prowadził badania nad wirusem ospy, popełnił samobójstwo. Oboje zmarli w tym samym dniu.

W 1980 roku WHO ogłosiła, że świat jest wolny od ospy prawdziwej. To jak dotychczas jedyny przypadek w historii, kiedy dzięki świadomemu wysiłkowi ludzkości udało się zlikwidować (eradykować) chorobę zakaźną trapiącą ludzi. Inną taką chorobą zakaźną jest księgosusz (pomór bydła), ogłoszony chorobą eradykowaną w 2010 roku.

Jak to się jednak stało, że istniejąca od tysiącleci ospa prawdziwa, która w samym tylko XX wieku zabiła 300 milionów osób przestała stanowić zagrożenie? Odpowiedzią są szczepienia. To właśnie dzięki nim i ogłoszonemu w 1967 roku programowi  jej eradykacji nie musimy obawiać się tej śmiercionośnej choroby.

Nieco historii

Ludzkość od dawna wiedziała, że jeśli komuś udało się przeżyć ospę – a nie było to takie pewne, gdyż np. w XVIII wieku zabijała ona 20–60 procent zarażonych – stawał się odporny na kolejną infekcję. Wiedzę tę wykorzystywano w praktyce. Już w 430 roku p.n.e. ozdrowieńcy byli wzywani do opieki nad chorymi.

Pojawiła się koncepcja inokulacji. To celowe wprowadzanie do organizmu, np. poprzez nacięcie na skórze, wydzielin osoby chorej, ale chorującej w stopniu łagodnym. Alternatywnym sposobem było sproszkowanie strupów ofiary ospy i wdmuchnięcie ich do nosa osoby zdrowej. Takie działania powodowały, że człowiek co prawda chorował, ale zwykle przechodził chorobę łagodniej. Jedynie około 2% inokulowanych osób rozwijało poważną infekcję i umierało czy stanowiło zagrożenie dla innych. Ryzyko było więc wyraźnie mniejsze.

Pod koniec XVIII wieku Edward Jenner, angielski lekarz, który sam jako dziecko był inokulowany, zaczął zastanawiać się, jak to się dzieje, że kobiety zajmujące się zawodowo dojeniem krów, nie chorują i nie umierają na ospę. Wszystko wskazywało na to, że mają one kontakt z łagodną dla człowieka ospą krową (krowianką), i gdy się nią zarażą, są chronione przed śmiertelną ospą prawdziwą. Jenner postanowił przetestować tę koncepcję. W 1796 roku materiałem pobranym od kobiety zarażonej krowianką inokulował 8-letniego chłopca, a kilka tygodni później inokulował go materiałem od osoby chorującej na ospę. U chłopca nie pojawiły się żadne oznaki choroby. Kolejne eksperymenty wykazały, że taka procedura jest znacznie bardziej bezpieczna od standardowej inokulacji. Tym samym Jenner zapoczątkował epokę szczepień, wprowadzania do organizmu zdrowego człowieka znacznie słabiej działającego patogenu, który uodparnia nas na działanie zjadliwego, niebezpiecznego patogenu.

Są szczepionki, są i antyszczepionkowcy

Metoda Jennera szybko zdobywała popularność zarówno wśród elit jak i zwykłych obywateli. Jenner nazwał całą procedurę vaccination (szczepienie) od łacińskiego vacca (krowa) i vaccinia (krowianka). Jednak już kilka lat później pojawili się pierwsi antyszczepionkowcy. Sceptycyzm wobec metody Jennera wynikał głównie z nieufności i niewiedzy. Do metody Jennera podchodzono bowiem nieufnie na tych terenach, gdzie krowianka nie występowała, ludzie nie znali więc ochronnych skutków infekcji tą chorobą.

Opublikowano książeczkę, w której krowiankę przedstawiano jako niebezpieczną chorobę i opisywano rzekome przypadki zarażenia ludzi „krowim syfilisem” w wyniku szczepień. Po publikacji zaczęły pojawiać się informacje o kolejnych przypadkach „krowiego syfilisu”, których to autor książeczki nie omieszkał umieścić w kolejnym wydaniu. Ostrzegał też, że szczepienie to eksperyment medyczny, prowadzony bez odpowiedniego rozwagi.

Kolejny tego typu tekst został opublikowany pod pseudonimem „R. Squirrel, doktor medycyny” przez aptekarza i politycznego radykała Johna Gale'a Johnesa. Twierdził on, że wcześniej prowadzona inokulacja była w pełni bezpieczna, a Jenner tak naprawdę zaraża ludzi skrofulozą (gruźlicą węzłów chłonnych). W jeszcze innym dziele opisano przypadki trzech pacjentów, którzy zmarli w wyniku sepsy po szczepieniu – co nie może dziwić biorąc pod uwagę ówczesny poziom higieny – oraz dziecka, u którego rok po szczepieniu pojawiły się na czole wielkie purpurowe bulwy. W jeszcze innych dziełach czytamy o świerzbie wywołanym rzekomo przez szczepienie, a całość zilustrowano rysunkiem chłopca, którego twarz zamieniła się w twarz wołu. Oczywiście w wyniku szczepienia.

Kukułką w szczepienia

Antyszczepionkowcy nie ograniczyli się jednak tylko do tego, Przez ponad 100 lat, walcząc z koncepcją Jennera, używali przykładu... kukułki. Otóż w 1788 roku Jenner opublikował wyniki swoich badań nad kukułkami, w których stwierdził, ze młode, wyklute z jaja podrzuconego przez kukułkę innemu gatunkowi, wyrzuca z gniazda młode tego gatunku. Wielu przyrodników uznało tę koncepcję za absurdalną. I antyszczepionkowcy przez dekady wykorzystywali opinię tych przyrodników, by zdyskredytować osiągnięcia Jennera na polu szczepień. W końcu w 1921 roku, dzięki wykorzystaniu fotografii potwierdzono, że Jenner miał rację co do kukułek. Podobnie zresztą, jak miał rację odnośnie szczepień.

Jak więc działają szczepionki?

Nasz układ odpornościowy możemy podzielić na dwie zasadnicze części: wrodzoną (nieswoistą) oraz adaptacyjną (swoista). Z odpornością wrodzoną się rodzimy. Otrzymujemy ją po matce i stanowi on pierwszą linię obrony naszego organizmu. Układ odpornościowy atakuje wszystko, co uzna za obce. Odpowiedź nieswoista następuje natychmiast, a do akcji wkraczają granulocyty, makrofagi czy monocyty. Jednak nie jest to reakcja zbyt precyzyjna i nie zawsze w jej wyniku patogeny zostaną usunięte. Co więcej, ten rodzaj reakcji nie wytwarza pamięci immunologicznej.

Do tego, by organizm zapamiętał dany patogen potrzebna jest bardziej wyspecjalizowana odpowiedź swoista, kiedy to organizm wytwarza przeciwciała zwalczające konkretne zagrożenie. To bardziej precyzyjne uderzenie w patogen, jednak od momentu infekcji do pojawienia się skutecznej odpowiedzi swoistej musi minąć nieco czasu. Gdy już jednak układ odpornościowy wytworzy odpowiedź swoistą i zwalczy patogen, zapamiętuje go i przy kolejnej infekcji szybko przystępuje do działania, wyposażony już w specjalistyczne narzędzia do walki z konkretnym wirusem czy bakterią.

Patogeny, czy to wirusy, bakterie, grzyby czy pasożyty, składają się z wielu różnych części, które często są charakterystyczne zarówno dla nich, jak i wywoływanych chorób. Takie części, które prowokują organizm do wytworzenia przeciwciał nazywa się antygenami. Gdy układ odpornościowy po raz pierwszy napotyka na antygen, potrzebuje nieco czasu, by wytworzyć przeciwciała. Jednak gdy już je uzyska, produkuje też specyficzne dla nich komórki pamięci. Komórki te pozostają w organizmie nawet po zwalczeniu patogenu. Dlatego też gdy zetkniemy się z nim po raz kolejny, nasz układ odpornościowy szybko przystępuje do ataku.

Szczepienia zaś mają służyć wcześniejszemu nauczeniu układu odpornościowego rozpoznawania patogenu, bez potrzeby czekania na tę pierwszą infekcję, która może przecież okazać się bardzo niebezpieczna. Dzięki nim nasz układ odpornościowy uczy się bowiem, jak rozpoznać napastnika i gdy zetknie się z nim powtórnie, szybciej i łatwiej sobie z nim poradzi. Wszystkie szczepionki działają poprzez wcześniejsze – bezpieczne i kontrolowane – wystawienie organizmu na kontakt z patogenem lub jego fragmentem po to, by w przypadku ponownego kontaktu, układ odpornościowy był przygotowany do zwalczania wirusa lub bakterii.

Rodzaje szczepionek

Obecnie nikt nie wdmuchuje nam do nosa sproszkowanych strupów i nie nacina nam skóry, by wprowadzić materiał pobrany od chorej osoby. Stosowane są znacznie skuteczniejsze i bezpieczniejsze metody.

Jedną z nich są szczepionki z żywym, atenuowanym wirusem lub bakterią. Zawierają one atenuowany czyli osłabiony patogen, który nie stanowi zagrożenia dla osób o prawidłowo działającym układzie odpornościowym. Jako, że takie patogeny są najbliższe temu, z czym możemy się zetknąć, szczepionki tego typu są świetnymi nauczycielami dla układu odpornościowego. W ten sposób szczepi się na odrę, świnkę czy różyczkę. To bardzo efektywny sposób zabezpieczenia przed chorobami. Jednak ze względu na to, że mimo wszystko mamy tutaj do czynienia z żywym patogenem, lepiej dmuchać na zimne. Szczepionek takich nie podaje się więc osobom o osłabionym układzie odpornościowym czy kobietom w ciąży.

Istnieją również szczepionki z inaktywowanym, zabitym, patogenem. Nie są one jednak tak skuteczne, jak szczepionki z patogenem żywym, dlatego zwykle wymagają podania kilku dawek. Za przykład mogą tutaj służyć szczepionki przeciwko polio czy wściekliźnie.

Dwa wymienione tutaj rodzaje to starsze typy szczepionek. Nowsze rodzaje zawierają nie całe patogeny, a ich fragmenty, antygeny. Szczepionki takie są bardziej jednorodne, podobne do siebie, niż szczepionki z patogenami. Są w wyższym stopniu powtarzalne i powodują mniej działań niepożądanych. Jednak zwykle też wywołują słabszą odpowiedź układu odpornościowego, niż szczepionki zawierające całe bakterie czy wirusy.

Najnowszym rodzajem szczepionek, o których wszyscy usłyszeliśmy przy okazji pandemii COVID-19, są szczepionki wektorowe i mRNA. Oba rodzaje nie zawierają ani patogenu, ani jego antygenu. Zawierają zaś instrukcję, w jaki sposób nasz organizm ma sobie taki antygen samodzielnie wyprodukować.

W szczepionkach wektorowych nośnikiem instrukcji – wektorem – jest zmodyfikowany wirus, pozbawiony genów powodujących chorobę oraz pozbawiony genów umożliwiającym mu namnażanie się. Do genomu tego nieszkodliwego wirusa wprowadzana jest dodatkowo instrukcja produkcji antygenu drobnoustroju, przed którym chcemy się chronić. Zatem, w przeciwieństwie do prawdziwej infekcji, do organizmu nie trafia pełny materiał genetyczny wirusa, a jego fragment. Nie ma zatem możliwości, by nasze komórki wyprodukowały wirusa. To, co się dzieje po szczepieniu, bardzo przypomina prawdziwą infekcję.

Wektor wnika do komórek i wprowadza genetyczną instrukcję produkcji antygenu do jądra komórek naszego organizmu. Jako, że nasz wektor pozbawiony jest możliwości namnażania się, nie rozprzestrzenia się po organizmie. Ponadto co prawda jego DNA jest wprowadzane do jądra komórkowego, ale nie jest włączane do naszego genomu i nie replikuje się w kolejnych cyklach komórkowych. Na podstawie tego DNA powstaje RNA, które przemieszcza się z jądra komórkowego do cytoplazmy, tam staje się matrycą do produkcji antygenu. Ten zaś jest prezentowany na powierzchni „zakażonej” komórki. Układ odpornościowy rozpoznaje wrogi antygen, zwalcza go, zabijając komórkę i jednocześnie zapamiętuje antygen. Następnym razem będzie gotowy by szybko zaatakować wirusa. Zarówno ekspresja genów wirusa, jak i odpowiedź immunologiczna są krótkotrwałe i ograniczone do miejsca wstrzyknięcia szczepionki. To jednak wystarczy, by układ odpornościowy zapamiętał wroga na przyszłość.

Szczepionki wektorowe mają zarówno wady, jak i zalety. Wywołują silną odpowiedź immunologiczną, na której nam zależy, a technologia ich produkcji jest dobrze opanowana. Jeśli jednak organizm już wcześniej zetknął się z wirusem użytym w roli wektora, to może szybko zacząć go zwalczać, przez co skuteczność szczepionki będzie niższa. Ponadto produkcja takich szczepionek jest dość skomplikowana.

Powyższy problem rozwiązują szczepionki mRNA. Ich zastosowanie polega na wstrzyknięciu do organizmu wolnego (tj. niezwiązanego z nośnikiem, np. wirusem) materiału genetycznego w formie mRNA, który jest następnie pobierany przez komórki i poddawany ekspresji.

Po wniknięciu do organizmu mRNA ze szczepionki jest przetwarzane przez organizm tak samo, jak „własne” mRNA z naszych komórek, tzn. na podstawie zawartej w nim instrukcji wytwarzane jest białko o ściśle określonej budowie, symulującej immunologiczną „sygnaturę” danego patogenu. Białko takie jest wykrywane przez układ immunologiczny jako obce i powoduje wytworzenie odpowiedzi oraz pamięci immunologicznej. Dzięki temu kiedy kolejny raz dojdzie do kontaktu z takim samym antygenem (tym razem na powierzchni wirusa z „prawdziwej” infekcji), reakcja będzie szybka i skuteczna – tak bardzo, że często nawet nie będziemy świadomi, że organizm właśnie zwalczył śmiertelne zagrożenie.

Takie RNA w ogóle nie wnika do jądra komórkowego, zatem nie ma możliwości włączenia się do DNA naszych komórek ani replikacji. Prowadzi ono wyłącznie do wytworzenia antygenów, po czym ulega degradacji. Również i tutaj mamy do czynienia z krótkotrwałą obecnością w naszym organizmie materiału genetycznego wirusa, a jego pozostałości są w naturalny sposób szybko usuwane. Pozostaje nam po nim jedynie pamięć układu odpornościowego, przygotowanego dzięki szczepionkom na reakcję w przypadku prawdziwej infekcji.

szczepionka inokulacja Jenner ospa