Tiskane izdaje
Kako lahko pri tem pomagajo slovenski znanstveniki in kako hitro bi lahko pripravili cepivo proti virusu sars-cov-2?
Strokovnjaki Svetovne zdravstvene organizacije in ameriškega centra za bolezni (CDC) menijo, da bi bilo lahko cepivo na voljo najprej v 12 do 18 mesecih, in že to bi bilo rekordno hitro. Sam sicer nisem strokovnjak za testiranje in proizvodnjo cepiv, vendar menim, da bi bilo nujno in možno hitreje, saj gre skoraj za vojno stanje, ko bi morali mobilizirati vse zmogljivosti, od raziskovalnih, medicinskih do proizvodnih. Potrebna bosta sodelovanje in mobilizacija vseh virov, pa še potem bo priprava cepiva za skoraj celotno človeštvo velikanski zalogaj. Razvoj in priprava bosta otežena tudi zaradi porušitve preskrbovalnih poti. Bilo bi usodno, če bi se gospodarska aktivnost ustavila. Ko bo cepivo pripravljeno, bi morali najprej cepiti najbolj občutljive. Lahko pričakujemo, da bodo države najprej poskrbele za svoje državljane, zato bi bilo smiselno, da bi proizvodne zmogljivosti razporedili po svetu.
»Virus uničijo sonce, varikina, več kot 60-odstotni etanol, pa tudi detergenti, zato je temeljito umivanje rok zelo dobra preventiva.«
Bi lahko znanstveniki v Sloveniji še kako drugače pomagali pri tej epidemiji?
Vsekakor! Na Kemijskem inštitutu smo zelo pripravljeni priskočiti na pomoč in gotovo je enako v drugih raziskovalnih institucijah, seveda pa mora medicina to pomoč sprejeti. Mislim, da bi bilo zelo koristno, če bi razvili test za prisotnost protiteles proti koronavirusu v serumu ljudi, s čimer bi lahko ugotavljali, kdo je prebolel bolezen in ni več kužen in je najbrž celo odporen. Tako bi lahko dobili bolj natančno sliko dinamike bolezni v populaciji in čez nekaj tednov ali mesecev bi se lahko v državi ustrezno organizirali za zaščito najbolj ranljivih in ogroženih in hitrejši ponovni zagon. Upam, da bomo v kratkem imeli test nevtralizacije virusne infekcije celic z uporabo nenevarnega psevdovirusa, na osnovi plazmidov, ki jih bomo dobili od sodelavcev v Nemčiji. Test prisotnosti protiteles, ki bi ga lahko izvajali v velikem številu, bi bili sposobni razviti sami, pod pogojem, da bo še vedno omogočena dostava reagentov. Omenil bi še, da so se raziskovalci fakultet za elektrotehniko in strojništvo angažirali pri sestavljanju večjega števila respiratorjev, saj obstaja nevarnost, da jih imamo premalo za pričakovano število kritično bolnih.
Številni laboratoriji trenutno iščejo cepivo proti koronavirusu, ki povzroča bolezen covid 19. FOTO: Bing Guan Reuters
Ameriško biotehnološko podjetje Moderna Therapeutics ga je, kot poročajo tuji mediji, pripravilo v 42 dneh – je možno tako hitro izdelati cepivo? Poznate podrobnosti, za kakšno cepivo gre?
Gre za cepivo na osnovi RNK. To pomeni, da v celice vnesemo sintetično RNK, ki vsebuje zapis za virusni antigen, tega nato na ribosomih sintetizirajo naše celice same. Podoben je pristop z DNK-vakcinami, vendar ima RNK prednost, da se nikakor ne more vgraditi v genom. Slabosti RNK sta manjša stabilnost in potrebna večja količina, zato nekateri opozarjajo, da bo na tej osnovi težko pripraviti dovolj cepiva. Različna RNK-cepiva se med sabo razlikujejo samo v zaporedju nukleotidov, priprava in lastnosti pa so zelo podobne, v nasprotju s proteini, ki imajo vsak svoje značilnosti. Takoj ko je bilo znano zaporedje virusnega genoma, so lahko izbrali najboljše kandidate na podlagi podobnosti z virusom sars-cov (ki je povzročal bolezen sars, op. a.), zato je bilo treba samo preveriti, ali se želeni proteinski antigen res proizvaja, preveriti morebitno toksičnost in pripraviti dovolj RNK za klinične študije.
»Bojim se, da bi bilo lahko še precej huje, zato se bomo morali na naslednje izbruhe bolje pripraviti.«
Kakšni so tradicionalni postopki izdelave cepiv, torej ti, pri katerih se uporablja oslabljena verzija virusa, kar lahko povzroči tudi bolezensko reakcijo pri cepljenem človeku?
Rogelj virusa (spike), ki je trimer, s katerim prepozna receptor ACE2 na površini človeških celic. Vezava povzroči preureditev strukture roglja in zlitje virusne membrane z membrano človeške celice.
Je taka metoda pri novem virusu sars-cov-2 sploh varna?
Vse prej naštete metode so varne in seveda temeljito preizkušene. Poglavitno vprašanje je, kako dolgo traja imunost, pogoj pa seveda, da generiramo protitelesa, ki nevtralizirajo virus, torej preprečijo njegov vstop v celice in razmnoževanje. V primeru sarsa se je namreč izkazalo, da nekatera protitelesa celo olajšajo vstop virusa v celice, zato je treba dobro izbrati tako antigen kot adjuvanse in režim imunizacije. Zaželen je tudi dober odziv s samo eno ali čim manjšim številom imunizacij.
Ali lahko za izdelavo cepiva proti virusu sars-cov-2 vzamejo tistega, ki je povzročal bolezen sars (sars-cov), s katerim imata od 80 do 90 odstotkov enakega genskega materiala?
Sars je precej bolj smrtonosen kot novi koronavirus (sars-cov-2), zato ne pride v poštev. Izkazalo se je sicer, da serum nekaterih pacientov, ki so preboleli sars, nevtralizira novi virus, zato bi bilo cepivo proti sarsu, ki so ga razvili, vendar nikoli uporabili, morda lahko vsaj delno učinkovito.
Kako pravzaprav deluje cepivo oziroma kako bi delovalo na koronaviruse?
Cilj je cepivo, ki bi v telesu povzročilo tvorbo nevtralizirajočih protiteles, ki se vežejo na virus in preprečijo njegovo vezavo na receptor. Strukturo takšnih protiteles in njihovo mesto vezave na virus sarsa poznamo, prihajajo tudi prva monoklonska protitelesa, ki nevtralizirajo novi koronavirus, vendar so za zdaj pomembna predvsem za diagnostiko in identifikacijo epitopa, ki bo učinkovit za cepiva. (Epitop, tudi antigena determinanta, je območje v makromolekuli antigena, ki ga prepozna imunski sistem. En antigen ponavadi vsebuje na svoji površini več različnih epitopov. Zato se zoper en antigen v organizmu sintetizira več različnih protiteles, ki ga napadejo na različnih predelih; op. p.)
Po uveljavljenih postopkih bi lahko dobili cepivo najprej v enem letu. FOTO: Andreas Gebert Reuters
Kakšni so novejši postopki priprave cepiva?
Temeljijo na proteinskem inženiringu, pri katerem lahko usmerimo tvorbo protiteles proti želenim mestom vezave na virusni tarči, pogosto jih kombiniramo z adjuvansi, ki zagotovijo dober imunski odziv, pripravimo pa jih lahko kot proteina DNK ali RNK. Pojavile so se tudi metode, pri katerih namesto kemijske inaktivacije virusa pripravimo virusne mutante, ki izražajo želene epitope, vendar niso patogene. Za nekatera zelo zahtevna cepiva, na primer tisto proti hivu, gredo celo v smer, da z več nekoliko različnimi vakcinami usmerjamo tvorbo protiteles v nevtralizacijska, ki se sicer zelo redko pojavijo.
»Zadnji rezultati kažejo, da so pacienti, ki so preboleli covid 19, odporni proti ponovni infekciji, ni pa jasno, kako dolgo traja zaščita.«
Je Kemijski inštitut vključen v izdelavo cepiva proti virusu sars-cov-2?
S cepivi se trenutno ukvarja precej skupin po svetu, nobena pa ne dlje kot dva meseca, zato še ni jasno, kakšen pristop bo najboljši. Na tem področju smo bili člani odseka za sintezno biologijo in imunologijo v preteklosti že aktivni, leta 2008 smo imeli celo projekt iGRM na temo cepiv, za katerega smo pripravili tudi DNK-cepiva, čeprav smo bili v zadnjem času usmerjeni predvsem v imunoterapijo raka. Lansko jesen smo se vključili v predlog projekta FET Open s področja sintezne biologije, kjer smo želeli preizkusiti inovativen koncept nevtralizacije virusov z orodji na osnovi nukleinskih kislin in proteinov. Ta projekt je bil pred nekaj tedni, ko v Evropi epidemija še ni tako napredovala, odobren, smo se pa v konzorciju hitro dogovorili, da preusmerimo fokus z virusa gripe na novi koronavirus. V okviru tega projekta smo se že lotili snovanja cepiv na osnovi podenot in proteinskega ogrodja. S krioelektronskim mikroskopom smo v nekaj tednih določili strukturo proteina, s katerim se virus veže na receptor. Protein je sicer precej podoben proteinu sarsa, kar je dober temelj za izbor tarče za cepivo. Cepiva sicer najbrž ne bo možno pripraviti do poletja, ko je predviden vrh pandemije, bi bilo pa idealno, če bi lahko po zgledu azijskih držav do priprave cepiva ustavili širjenje bolezni.
»Širjenje virusa v Avstraliji, kjer se končuje poletje, ne potrjuje domneve, da se bo pandemija z višjimi temperaturami ustavila.«
Kaj pa iskanje zdravila?
Najhitrejša in v tako kratkem času morda edina možnost je uporaba zdravil za druge namene. Kot kaže, bi jih bilo lahko nekaj učinkovitih: remdesivir, nukleotidni analog, ki inhibira RNK-polimerazo virusa ebole in več drugih RNK virusov, kot kaže, deluje tudi na sars-cov-2. Druga možnost je kamostat, inhibitor človeške serinske proteaze TMPRSS2, katere aktivnost je potrebna za procesiranje in aktivacijo virusnega roglja, s katerim se veže na receptor. Ta inhibitor je že registriran za uporabo na Japonskem, doslej so znani sicer le rezultati inhibicije virusa na celičnih kulturah. Potem so še učinkovine, ki zmanjšajo vnetje in citokinski vihar, ki je največkrat usoden za starejše in imunsko prizadete. Tega lahko omilimo z biološkim zdravilom tocilizumabom, ki inhibira receptor za citokin IL-6. Podobno najbrž imunski odziv omili antimalarik klorokvin, ki lahko zmanjša aktivacijo celičnih receptorjev zaradi virusne RNK. Mehanizem delovanja smo pred leti pojasnili prav v naši skupini, takrat sicer z namenom, da bi ugotovili, zakaj ta antimalarik deluje tudi pri zdravljenju avtoimunosti. Zadnje objave kažejo korelacijo med količino virusne RNK in vnetnim citokinom Il-6, kar pritrjuje to hipotezo. Obetavna možnost, vendar nekoliko bolj oddaljena, je oblikovanje specifičnih inhibitorjev za virusno proteazo, ki trenutno teče s polno paro na Kitajskem, v Veliki Britaniji in še kje. Kitajski znanstveniki so določili strukturo proteaze s prvim, čeprav šibkim inhibitorjem in zdaj zelo intenzivno razvijajo boljše inhibitorje. Menim, da bo delo lažje kot za virus hiv, ki zelo hitro mutira in je treba uporabiti koktajl inhibitorjev. Pri nas smo se odločili, da preverimo ideje o inhibitorjih virusne fuzije. Imamo nekaj znanja prav s tega področja, zato je vredno poskusiti, saj se v klinični rabi tudi za zdravljenje hiva uporabljajo inhibitorji fuzije. Problem je tako pomemben, da je po mojem mnenju treba preizkusiti desetine, če ne stotine različnih pristopov.
Koliko se ve o sezonski naravi virusa? Lahko upamo, da nam bo pomagalo poletje?
Žal so to za zdaj samo ugibanja in želje. Nekateri koronavirusi izkazujejo nekoliko sezonsko obnašanje, drugi sploh ne. Širjenje virusa v toplih krajih, predvsem v Avstraliji, kjer se končuje poletje, ne potrjuje domneve, da se bo pandemija z višjimi temperaturami ustavila.
Razvoj zdravila je otežen zaradi ohromljenih transportnih poti. FOTO: Bing Guan Reuters
Je ta virus bolj trdoživ od drugih, če za primerjavo vzamemo, koliko časa preživi na površinah?
Virus v primerjavi z drugimi ne kaže izredne odpornosti. Sreča je, da se precej slabše prenaša v aerosolu kot na primer virus ošpic, sicer bi bilo okuženih precej več. V kapljicah, ki jih izkašljamo, lahko preživi več kot tri ure, na nekaterih površinah, recimo na kartonu ali plastiki, pa celo dan ali dva. Pri tem gre seveda samo za detekcijo virusa, medtem ko je za okužbo potrebno določeno število nepoškodovanih virusnih delcev, prav tako vplivata temperatura in vlažnost. Uničijo ga UV-žarki, torej tudi sonce, varikina, več kot 60-odstotni etanol, pa tudi detergenti, ker vsebuje lipidno membrano. Zato je temeljito umivanje rok zelo dobra preventiva.
So tisti, ki prebolijo bolezen covid 19, imuni? Pri navadni gripi namreč nismo. Je pri koronavirusih drugače?
Virus gripe pogosto mutira in se naslednjo sezono pojavi z drugo kombinacijo površinskih proteinov, proti katerim moramo še razviti imunost, zato so cepiva vsako leto prilagojena. Zadnji rezultati kažejo, da so ljudje, ki so preboleli covid 19, odporni proti ponovni infekciji, kar so ugotovili tako na pacientih kot na opicah rezus. Ni pa jasno, kako dolgo traja zaščita, torej ali bi delovala tudi čez pol leta ali eno leto, ko bi virus spet lahko zakrožil po populaciji.
Kdaj smo najbolj kužni in tako nevarni za druge, če smo se okužili? Zakaj je ta koronavirus tako nalezljiv?
Po zadnjih poročilih so pacienti kužni kakšen dan ali dva pred začetkom simptomov in nato še kakšen teden po tistem, ko se pojavijo, najbolj prav v začetku, ko se virus razmnožuje v zgornjem delu dihalnega trakta. Prva poročila so kazala, da se virus dolgo izloča v blatu, vendar kaže, da gre samo za virusno RNK in ne za infektivne viruse. Razloga za večjo nalezljivost v primerjavi s sarsom sta večje število virusnih delcev v sluznici žrela, slini in s tem v aerosolu, ki ga oddajamo s kašljanjem, in dejstvo, da je afiniteta virusnega roglja do receptorja ACE2 na človeških celicah približno desetkrat višja kot pri sarsu. Zanimivo, da je ta receptor pomemben za uravnavanje krvnega tlaka, kar nima nobene vloge pri virusni okužbi, pomeni le, da tega receptorja ne smemo odstraniti. Menijo, da ima določeno vlogo pri večji infektivnosti tudi nekoliko drugačna sekvenca mesta za cepitev s proteazo, ki je potrebna za virusni vdor v celice. To je najbrž razlog, da se ta virus veže na celice v žrelu, ki izražajo majhno količino receptorja na površini.
Glede na to, da poznamo veliko virusov gripe in v tem primeru koronavirusov, zakaj so nekateri sevi bolj nevarni oziroma smrtonosni?
Gre za majhne podrobnosti, o katerih težko sklepamo samo na podlagi genoma virusa. Pomembni so tako infektivnost, tarčni receptorji, posledice razmnoževanja v naših celicah in telesu, odpornost v okolju. Problem je, da virus naredi veliko število kopij, ki se med sabo razlikujejo v mutacijah. Če se je katera od mutant sposobna razmnoževati zaradi kakršnihkoli razlogov, na primer, da se lažje prenaša na drugega gostitelja, da se virusi izločajo, še preden damo pacienta zaradi bolezni v karanteno, ali da lažje pride v tarčne celice, se ta mutanta virusa razmnoži in prek naravnega izbora razširi. Po drugi strani je zelo velika smrtnost neugodna za razmnoževanje, zato najbolj smrtonosni virusi ne povzročajo pandemij. Bojim pa se, da bi bilo lahko še precej huje, zato se bomo morali na naslednje izbruhe bolje pripraviti.
Več o temi #koronavirus
Tokratno pandemijo marsikdo primerja s pandemijo španske gripe. Vidite kakšne vzporednice?
Vsekakor lahko primerjamo svetovne razsežnosti in potencialno število okuženih. Močno upam, da ne bo umestna primerjava števila žrtev, ki jih je bilo pri španski gripi po različnih ocenah od 17 do 60 milijonov. Ta pandemija je pustošila od januarja 1918 do decembra 1920 v več sezonah, pri čemer je bil drugi val še bolj smrtonosen od prvega. Žrtev je bilo veliko tudi zaradi opustošenja in pomanjkanja, ki ga je za sabo pustila vojna. Menijo, da je bolj umestna primerjava z gripo leta 1957, ko pa je bilo po svetu milijon žrtev in na kar smo že kar pozabili.
Kdo je dr. Roman Jerala?
Eden naših najuspešnejših raziskovalcev je vodja odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu ter redni profesor za biokemijo in molekularno biologijo na ljubljanski univerzi. Je med pionirji sintezne biologije pri nas in v svetu, predvsem na področju načrtovanja signalnih poti, procesiranja informacij v celicah in načrtovanja proteinov. Za raziskave proteinskega origamija, novega tipa modularnih proteinskih struktur, ki se razlikujejo od naravnih proteinov, je prejel prestižni projekt evropskega raziskovalnega sveta za uveljavljene raziskovalce. Je tudi izredni član SAZU, član Evropske organizacije za molekularno biologijo (EMBO), Academie Europeae, Mednarodne akademije za matematično kemijo ter prejemnik priznanj, kot so Zoisova nagrada, Preglovo priznanje, vrste nagrad na mednarodnem tekmovanju projektov v sintezni biologiji iGEM. Rezultate raziskav je objavil v vrhunskih revijah, vključno z 11 članki v revijah družine Nature, predaval pa je na univerzah Harvard, MIT, Cambridge, Fudan, Stanford, Caltech, Yale.
Eden naših najuspešnejših raziskovalcev je vodja odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu ter redni profesor za biokemijo in molekularno biologijo na ljubljanski univerzi. Je med pionirji sintezne biologije pri nas in v svetu, predvsem na področju načrtovanja signalnih poti, procesiranja informacij v celicah in načrtovanja proteinov. Za raziskave proteinskega origamija, novega tipa modularnih proteinskih struktur, ki se razlikujejo od naravnih proteinov, je prejel prestižni projekt evropskega raziskovalnega sveta za uveljavljene raziskovalce. Je tudi izredni član SAZU, član Evropske organizacije za molekularno biologijo (EMBO), Academie Europeae, Mednarodne akademije za matematično kemijo ter prejemnik priznanj, kot so Zoisova nagrada, Preglovo priznanje, vrste nagrad na mednarodnem tekmovanju projektov v sintezni biologiji iGEM. Rezultate raziskav je objavil v vrhunskih revijah, vključno z 11 članki v revijah družine Nature, predaval pa je na univerzah Harvard, MIT, Cambridge, Fudan, Stanford, Caltech, Yale.
