Oporność na antybiotyki jest problemem ogólnoświatowym do tego stopnia, że ​​istnieje poważne ryzyko, że wkrótce pojawią się powszechne infekcje nieuleczalny. Tymczasem opracowano szczepionki prawie sto lat temu nadal chronią nas przed śmiertelnymi chorobami. Co może wyjaśnić tę różnicę?

Bakterie wykształciły odporność na każdy antybiotyk, jaki kiedykolwiek powstał. Czasami zdarzało się to bardzo szybko po wprowadzeniu antybiotyku. To zajęło tylko sześć lat aby odporność na penicylinę, pierwszy antybiotyk, stała się powszechna w brytyjskich szpitalach.

Ale odporność na szczepionki ma tylko zdarzało się rzadko. A szczepionki pomogły nam zwalczyć ospę i miejmy nadzieję, że wkrótce także polio. Poprzednie badanie zaproponowali dwa przekonujące argumenty wyjaśniające to zjawisko, podkreślając kluczowe różnice między mechanizmami działania leków i szczepionek.

Ale najpierw wyjaśnijmy, co rozumiemy przez opór i jak on powstaje. Podczas infekcji wirusy i bakterie szybko się namnażają. W tym procesie kopiują swój materiał genetyczny miliony razy. Robiąc to, często zdarzają się błędy, a każdy błąd nieznacznie zmienia ich genom. Te błędy nazywane są mutacjami.

Najczęściej mutacje mają niewielki lub żaden wpływ lub są bardzo szkodliwe dla skuteczności wirusa. Ale czasami – bardzo rzadko – patogeny mogą mieć szczęście, a mutacja może uniemożliwić przedostanie się antybiotyku do komórki lub zmienić miejsce, w którym wiązałby się lek lub przeciwciało, uniemożliwiając im działanie. Nazywamy te mutacjami „oporu” lub „ucieczki”.

Pierwsza różnica: liczba celów

Szczepionki działają wprowadzając do organizmu nieszkodliwą część patogenu, zwaną antygenem. Trenują nasz układ odpornościowy do produkcji białek w kształcie litery Y lub przeciwciał, które wiążą się z nimi specyficznie. Stymulują również produkcję specyficznych białych krwinek zwanych komórkami T, które mogą niszczyć zakażone komórki i pomagać w wytwarzaniu przeciwciał.

Wiążąc się z antygenami, przeciwciała mogą pomóc w zniszczeniu patogenów lub powstrzymaniu ich przed wnikaniem do komórek. Ponadto nasz układ odpornościowy tworzy nie tylko pojedyncze przeciwciało, ale nawet setki różnych przeciwciał – lub epitopów – z których każde celuje w różne części antygenu.

Dla porównania, leki, takie jak antybiotyki lub środki przeciwwirusowe, są zwykle małymi cząsteczkami, które hamują określony enzym lub białko, bez których patogen nie może przetrwać ani replikować. W rezultacie oporność na leki zwykle wymaga mutacji tylko jednego miejsca. Z drugiej strony, choć nie jest to niemożliwe, prawdopodobieństwo, że mutacje ucieczkowe wyewoluują dla wszystkich, a nawet większości epitopów, na które skierowane są przeciwciała, jest znikomo małe w przypadku większości szczepionek.

 Podczas gdy antybiotyki mają zwykle tylko jeden cel, szczepionki tworzą wiele przeciwciał wiążących się z inną częścią antygenu, co utrudnia ewolucję oporności. Celia Souque

W przypadku leków zmniejszenie prawdopodobieństwa oporności można w podobny sposób osiągnąć, stosując jednocześnie kilka leków – strategię zwaną terapią skojarzoną – która jest stosowana w leczeniu HIV i gruźlicy. Możesz pomyśleć o działaniu przeciwciał w twoim ciele jak niezwykle złożona terapia skojarzona, z setkami nieco różnych leków, co zmniejsza prawdopodobieństwo rozwoju oporności.

Druga różnica: liczba patogenów

Inną kluczową różnicą między antybiotykami a szczepionkami jest to, kiedy są stosowane i ile patogenów jest w pobliżu. Antybiotyki stosuje się w leczeniu już zaistniałej infekcji, gdy w organizmie są już miliony patogenów. Ale szczepionki są stosowane jako profilaktyka. Tworzone przez nie przeciwciała mogą działać na samym początku infekcji, gdy liczba patogenów jest niska. Ma to ważne konsekwencje, ponieważ opór jest grą liczbową. Jest mało prawdopodobne, aby podczas replikacji kilku patogenów wystąpiła mutacja oporności, ale szanse rosną wraz z obecnością większej liczby patogenów.

 Im więcej patogenów jest obecnych podczas infekcji, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia mutacji oporności. Celia Souque

Nie oznacza to, że odporność na szczepionki nigdy się nie rozwija: dobrym przykładem jest grypa. Dzięki wysokiemu wskaźnikowi mutacji wirus grypy może szybko akumulować wystarczającą ilość mutacji, że przeciwciała mogą go już nie rozpoznać – proces zwany „dryf antygenowy”. To częściowo wyjaśnia, dlaczego szczepionka przeciw grypie musi być zmieniana każdego roku.

Co nam to mówi o szczepionkach przeciwko SARS-CoV-2? Czy powinniśmy się martwić, że nowe szczepionki stracą skuteczność? Na szczęście nowy koronawirus posiada mechanizm korekty co zmniejsza błędy popełniane podczas replikacji genomu i oznacza występowanie mutacji znacznie rzadziej niż w przypadku wirusów grypy.

Potwierdzono również, że zarówno Oxford / AstraZeneca oraz Pfizer / BioNTech szczepionki mogą skutecznie stymulować przeciwciała wiążące się z wieloma epitopami, co powinno spowolnić ewolucję oporności.

Ale nadal powinniśmy być ostrożni. Jak wspomniano wcześniej, liczby mają znaczenie, jeśli chodzi o opór. Im więcej wirusów jest w pobliżu – jak w szybko rozwijającej się pandemii – tym bardziej prawdopodobne jest, że ktoś może trafić w dziesiątkę i rozwinąć mutacje, które będą miały znaczący wpływ na skuteczność szczepionki. W takim przypadku nowa wersja szczepionki może być konieczna do wytworzenia przeciwciał przeciwko tym zmutowanym wirusom. Dlatego też próba utrzymania niskiej liczby zakażeń poprzez profilaktykę i śledzenie kontaktów ma kluczowe znaczenie dla jak najdłuższego działania szczepionek.

O autorze

Suk Celii, doktor habilitowany, mikrobiologia, University of Oxford i Louis du Plessis, habilitowany pracownik naukowy, University of Oxford

książki_zdrowie

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.