Indriķis Muižnieks: Vakcīnas – no govs izsitumiem līdz ķīmiskajai sintēzei  (99)

Taču cilvēki, saņēmuši izkaltušā govju baku vīrusa devu, ar īstajām bakām vairs nesaslima. Tiesa, to, ka tādi slimības izraisoši vīrusi eksistē, zinātnieki noskaidroja tikai simt gadus pēc Džennera, bet arī iesnas un angīnu senči prata ārstēt ar zāļu tējām un kakla skalošanu, nezinot, ka to izraisītāji ir vīrusi. Ar vispārēju vakcināciju melnās bakas, kas civilizācijas vēsturē bija nonāvējušas vairāk cilvēku nekā visi kari un nemieri kopā, izdevās pilnībā likvidēt ap 1975. gadu. Bet vakcinācija no govīm (latīniski – vacca) ieguva savu nosaukumu.

Atceroties vakcinācijas pirmsākumus un tagad dzirdot brīdinājumus par čipiem un antenām, kļūst skaidrs, ka cilvēku daba nemainās, vienmēr bija un būs gan vakcinācijas entuziasti, gan skeptiķi. Starp citu – pirmā oriģinālluga latviešu valodā bija mācītāja Kārļa Gotharda Elferfelda sarakstītā "Tā dzimšanas diena", kurā autors propagandē potēšanu pret bakām.

Pirmsākumi

Vakcīnas ļauj izsargāties no slimību ierosinātājiem vai pārslimot vieglā formā, jo tās stimulē organismu izstrādāt specifisku aizsargmehānismu pret bīstamu infekciju izraisītājiem.

Jau senatnē bija zināms, ka cilvēki, kas slimību pārslimojuši, parasti otrreiz neslimo. Tāpēc ķīnieši un turki vēl pirms Džennera cīņā pret melnajām bakām izmantoja variolizāciju – savāca baku rētu krevelītes no slimajiem, izkaltēja, uzkarsēja un kā putekļus iesmidzināja degunā veselajiem. Anglijā 18. gadsimtā saberztas krevelītes sāka ar skrāpējumu ievadīt rokā, augšdelmā. Arī Krievijas ķeizariene Katrīna II un viss viņas galms tika variolizēts.

Tomēr par modernās vakcinācijas sākumu pieņemts uzskatīt Džennera ideju izmantot bīstamajam slimības izraisītājam radniecīgu, bet cilvēkam nekaitīgu govju baku variantu, kas tomēr rada specifisku aizsardzības barjeru. Nākamais lielais panākums, joprojām pirms pašu vīrusu atklāšanas, bija Luija Pastēra izveidotā vakcīna pret trakumsērgu: suņa smadzeņu ekstrakts, kurš saturēja vairākkārt no dzīvnieka uz dzīvnieku pārnestu novājinātu vīrusu. Trakumsērgas infekcija nozīmē nenovēršamu, lēnu un mokošu nāvi, skeptiķiem bija grūti iebilst. Pasaulē izveidojās t.s. Pastēra staciju tīkls, nodrošinot iespēju saņemt trakumsērgas vakcīnas, tur notika arī zinātniskie pētījumi.

Arī latviešu profesionālā zinātne 19. gadsimta beigās sākās ar latviešu mikrobiologu, pēc izglītības veterinārārstu, darbu Krievijas impērijas Pastēra stacijās. Pēc Parīzes otro Pastēra staciju pasaulē Pēterburgā 1886. gadā izveidoja Tērvetes pagastā dzimušais Tērbatas universitātes absolvents Kristaps Helmanis. 1923. gadā Augusts Kirhenšteins dibināja Latvijas Universitātes Serumstaciju Kleistos – tajā ieguva ar dažādiem mikrobiem inficētu dzīvnieku asins serumus, kurus varēja izmantot vakcinēšanai. Serumstacija bija Latvijā pirmais inovatīvais biopreparātu ražošanas uzņēmums. 1938. gadā tas Baltijas valstīs izplatīja aptuveni 200 dažādu preparātu medicīnai, veterinārijai, piensaimniecībai.

Pagrieziens

Zinātnieki pakāpeniski noskaidroja, kā organismā veidojas aizsardzība pret infekcijām, vakcīnas kļuva efektīvākas un drošākas. Pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados atklāja, ka vairākus vīrusus, piemēram, gripas un dzeltenā drudža, var savairot vistu olās, pēc tam tos nonāvēt ar ķīmisku apstrādi un izmantot kā vakcīnas pret šīm infekcijām. Šāda veida vakcīnas izmanto līdz pat mūsdienām.

20. gadsimta piecdesmitajos gados milzu izaicinājumu radīja poliomielīta epidēmija. Vīruss bojāja centrālo nervu sistēmu, izraisot progresējošu paralīzi un elpošanas apstāšanos. To nevarēja izaudzēt ne vistu olās, ne kādos citos dzīvniekos, tas vairojas tikai cilvēku un cilvēkveidīgo pērtiķu organismā. Lai radītu vakcīnu, bija jāizveido jauna tehnoloģija – ārpus organisma audzējamas pērtiķa šūnu kultūras. Rezultātā tika iegūtas gan vakcīnas, kas saturēja nonāvētu vīrusu, gan novājināti vīrusi, kuri bija zaudējuši spēju uzbrukt nervu sistēmai, toties radīja spēcīgu organisma aizsardzības reakciju.

Jauno tehnoloģiju no amerikāņu zinātniekiem ātri aizguva arī Latvijā. Mikrobioloģijas institūtā, kuru izveidoja uz Serumstacijas bāzes, Ritas Kukaines vadībā pētīja un izstrādāja nonāvētās un dzīvās pretpoliomielīta vakcīnas, kuras izmantoja visā Padomju Savienībā.

No pašiem vakcīnu izmantošanas sākumiem Latvijas zinātnieki ir piedalījušies gan to izstrādē, gan izpētē, gan ražošanā.

Jaunas iespējas

Pagājušā gadsimta septiņdesmitajos gados, izmantojot tikko parādījušās gēnu inženierijas iespējas, parādījās idejas par jauna tipa vakcīnām pret vīrusiem, kas nevairojas arī šūnu kultūrās, piemēram, pret hepatītu B. Šīs tā saucamās subvienību vakcīnas satur tikai vienu vai nedaudzus vīrusa proteīnus, kuri tiek sintezēti baktērijās vai raugā. Lai to panāktu, vispirms jāiegūst vīrusa genoms, tā iedzimtības informācija, pēc tam vajadzīgie gēni jāizdala un ar īpašu nesēju – plazmīdu – palīdzību jānogādā mikroorganismu šūnās. Cilvēka B tipa hepatīta vīrusa – HBV – genomu vieniem no pirmajiem pasaulē izdevās iegūt Latvijas Organiskās sintēzes institūta Nukleīnskābju ķīmijas laboratorijas, kuru vadīja Elmārs Grēns, speciālistiem, sadarbojoties ar Mikrobioloģijas institūtu. Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā, kas izauga no Nukleīnskābju ķīmijas laboratorijas, ir radīti daudzi vakcīnu kandidāti, izmantojot HBV proteīnu veidotās vīrusiem līdzīgās, bet inficēt nespējīgās daļiņas. Pašlaik standarta vakcīna pret hepatītu B ir rauga šūnās sintezēts vīrusa ārējā apvalka proteīns, kas rada aizsardzības reakcijas, bet infekciju, protams, ne.

Nākamais vakcīnu tehnoloģiju attīstības solis bija atteikšanās no vīrusu proteīnu izmantošanas, to vietā ievadot organismā vīrusa ģenētisko informāciju: nukleīnskābi, DNS vai RNS. DNS ir nukleīnskābe, kurā tiek uzglabāta ģenētiskā informācija, RNS ir salīdzinoši nestabilāka par DNS, tā ir starpposms iedzimtības informācijas pārvēršanā no DNS koda proteīna formā. Organisms pats sintezē svešo proteīnu, izmantojot nukleīnskābē kodēto informāciju, aizsardzības reakcijas pret nelūgto viesi veidojas ļoti efektīvi.

Pret Covid-19 izstrādātas visu veidu vakcīnas

Pret Covid-19 slimības izraisītāju SARS-2 vīrusu izstrādātās vakcīnas ir iegūtas ar dažādu tehnoloģiju palīdzību. Tā iegājies, ka grūti izrunājamo vakcīnu oficiālo nosaukumu – kaut vai "Vaxzevria" – vietā vairumā gadījumu mēs esam sākuši lietot uzņēmumu vārdus, kas šīs vakcīnas ražo.

Plašai lietošanai Eiropas Savienībā Zāļu aģentūra pašlaik ir apstiprinājusi četras vakcīnas. Pirmās pie atļaujas tika "BioNTech-Pfizer" un "Moderna" firmas. To vakcīnas ir lipīdu membrānas pūslītī paslēpta RNS, kas nes informāciju par SARS-2 virsmas proteīnu, kuru apzīmē ar burtu S (angliski – surface). Ar tā palīdzību vīruss pieķeras un iekļūst cilvēka plaušu šūnās. Vakcīnas jāuzglabā zemā temperatūrā, lai lipīdu aizsargslānis un RNS saglabātu stabilitāti. Nonākot organismā, vakcīnas pūslītis saplūst ar šūnu membrānām, RNS nokļūst šūnā un sintezē vīrusa proteīnu. Viena pati vīrusa "ķepiņa" slimību, protams, neizraisa, tomēr pret to veidojas aizsargreakcijas, kuras nepieļauj infekcijas attīstību, ja organismā nokļūst bīstamais vīruss.

Sākotnēji lielākās cerības tika liktas uz "AstraZeneca" vakcīnu. Tā ir vairoties nespējīga pērtiķu adenovīrusa apvalkā paslēpta SARS-2 virsmas proteīnu kodējošā DNS. Vakcīnu ievadot, vīruss nogādā DNS šūnās, tur to vispirms pārvērš par RNS, tālāk S proteīnā, pret kuru tiek veidotas aizsargreakcijas. Adenovīrusa apvalks un DNS īpašības padara vakcīnu stabilāku par RNS-lipīdu pūslīšiem, to var pietiekami ilgi uzglabāt parastajā ledusskapī. "AstraZeneca" vakcīnas izgudrotāju sākotnējā iecere, ka proteīnu apvalku būs drošāk izmantot no pērtiķa, nevis cilvēka vīrusa, šķiet, nav attaisnojusies.

Jaunpienācēja Eiropas Savienībā atļauto vakcīnu klāstā ir "Janssen", kuru piegādā "Johnson & Johnson" kompānija. Nekādu sevišķu pārsteigumu: vairoties nespējīga cilvēka adenovīrusa apvalkā paslēpta SARS-2 S proteīnu kodējošā DNS. Virsmas proteīna struktūra ir mazliet modificēta, tas padarīts stabilāks, spējīgs ilgāk saglabāties organismā, līdz ar to aizsargreakcijas izveidošanai pietiek ar vienu vakcīnas dozu.

Pēc uzbūves "Janssen" vakcīnai līdzīga ir arī "Sputnik-V", kura ir izveidota Nikolaja Gamalejas vārdā nosauktajā institūtā Maskavā. Arī šī vakcīna satur cilvēka adenovīrusā paslēptu SARS-2 S proteīna gēnu, tikai proteīns nav stabilizēts, līdz ar to arī vakcīna nav tik droša kā "Janssen". Cita starpā – Nikolajs Gamaleja bija Kristapa Helmaņa laikabiedrs, viens no trakumsērgas vakcinēšanas aizsācējiem Dienvidkrievijā.

Uz atļauju saņemšanu plašai lietošanai citur pasaulē, arī Eiropas Savienībā, vēl pretendē desmitiem citu vakcīnu kandidātu. Ķīnā un Indijā jau lieto "Sinovac", "Synopharm", "Bharat Biotech" vakcīnas, kas ir iegūtas no šūnu kultūrās izaudzēta un pēc tam inaktivēta vīrusa. Indijas un ASV uzņēmums "Codagenix" piedāvā šūnu kultūrā audzētu dzīvu, novājinātu vīrusu saturošu vakcīnu.

Varētu likties pārsteidzoši, ka labākie panākumi vakcīnu izstrādātāju sacensībā ir firmām, kas izvēlējušās pašas jaunākās, vakcīnu veidošanai iepriekš neizmantotās RNS sintēzes tehnoloģijas. Šajā procesā visu senāk pazīstamo vakcīnu ieguvei izmantotās bioloģiskās metodes – vai tā būtu vesels organisms, ola vai šūnu kultūra – ir aizstātas ar bezšūnu sintēzi, kuru pietiekami augstas tehnoloģijas attīstības līmeņa apstākļos ir vienkāršāk, drošāk un ātrāk īstenot. Vakcīnas galveno komponentu – RNS molekulu – lielā skaitā sintezē attīrīti proteīni-enzīmi, izmantojot kopēšanai īpašu DNS matricu – plazmīdu, līdzīgi kā senāk tūkstošiem avīzes eksemplāru nodrukāja uz rotācijas mašīnas tipogrāfijā.

Jaunas biznesa iespējas

Saprotams, ka lielākos panākumus biznesā gūst tās firmas, kurām pirmajām izdodas saņemt vakcīnu izplatīšanas tiesības. Vācu jaunuzņēmums "BioNTech" šī gada pirmajā kvartālā varēja deklarēt divu miljardu eiro peļņu. Vai Latvijas uzņēmumiem ir iespējas pretendēt uz dalību un peļņu no jaunā tipa ķīmiski sintezēto vakcīnu ražošanas uzplaukuma, tāpat kā senāk mums izdevās būt starp pirmajiem klasisko vakcīnu veidu izmantošanā? Pieļauju, ka moderno RNS vakcīnu nozīmīgāko daļu – RNS veidotā koda noslēpumu – īpašnieki negribēs atklāt. Tas ir komercnoslēpums, precīzs RNS sastāvs nav norādīts pat Eiropas Savienības Zāļu aģentūrai iesniegtajos dokumentos. Un, pat ja pats kods būtu samērā vienkārši "atlaužams" ar molekulārās bioloģijas metodēm, tad īpaši nozīmīgi vakcīnas panākumiem ir it kā daži sīkumi – kā to var labi redzēt kaut vai no "AstraZeneca", "Janssen" un "Sputnik-V" salīdzinājuma – dažas sīkas modifikācijas kodu veidojošo komponentu struktūrā var būt pamats kā panākumiem, tā arī neveiksmei.

Mūsdienu vakcīnu ražošanu var salīdzināt ar datoru vai automašīnu komplektēšanu – tās saliek no komponentiem, kuru izcelsme ir dažādos pasaules reģionos. Arī šo komponentu ražošana, piegāde, vakcīnu fasēšana un citas darbības var būt ļoti ienesīgas. To pierāda kaut vai mūsu kaimiņu lietuviešu pieredze, kur darbojas globālā bioķīmisko reaktīvu sintēzes milža "ThermoFisher" atzars. Taču ir skaidrs, ka, ņemot vērā pieredzi, ka pandēmija var izraisīt loģistikas pārrāvumus, reģioni, tajā skaitā Eiropas Savienība, centīsies diversificēt ražošanu, un te Latvijai paveras iespējas. Mums ir inovatīvu biopreparātu ražošanas tradīcijas, universitāšu, Organiskās sintēzes institūta, Biomedicīnas pētījumu un studiju centra iestrādes, ir studenti un pieredzējuši speciālisti. Pamatjautājums būs par drosmi un gatavību investēt – kurš attīstīs biznesu un ieguldīs, vai tas būs privāts, valsts vai ES finansējums?

Skaidrs, ka ar Covid-19 pandēmiju vēsture nebeidzas, diemžēl varam sagaidīt atkal jaunus vīrusus, būs nepieciešamas arī efektīvākas vakcīnas pret jau pazīstamajām infekcijām. Neapšaubāmi, tie ir izaicinājumi sabiedrībai un zinātnei, bet tās ir arī iespējas inovācijai un biznesam.

Vēlreiz atgādināsim – vakcinējieties! Ne ragi, ne antenas jums neizaugs, un ieguvums katram pašam un sabiedrībai kopumā būtiski pārsniedz blakņu vai komplikāciju risku.