Dziwny twór, a jednak biologiczny. Patogen – czynnik chorobotwórczy uważany przez wielu za strukturę nieożywioną, bez życia – tak jak każdy pasożyt poza organizmem żywiciela – wirus (łac. – virus – trucizna). Przypominam: pasożytnictwo jest rodzajem wzajemnego oddziaływania między osobnikami różnych gatunków, z których jeden (pasożyt) odnosi korzyści kosztem drugiego (żywiciela – gospodarz mimo woli). Zawsze chodzi o to, aby choć krótko pożyć i koniecznie się rozmnożyć/powielić, czyli utrzymać w należytej lub jeszcze lepszej formie informację genetyczną (kwas nukleinowy) na temat istnienia swego gatunku. Pasożyty mogą mieć różnych żywicieli pośrednich, a w ostatecznym tak formują swe struktury, aby jak najlepiej się przystosować do opanowania kolejnej ofiary i wykorzystać ją do cna. Poniżej przedstawiam schemat wędrówki miedzy gatunkowej koronawirusów. Początek to Bat Cov od nietoperza, a potem SARS-CoV – ciężki, ostry zespół oddechowy (ang. severe acute respiratory syndrome) od cywety, fretki; MERS-Cov (Middle East Respiratory Syndrom Coronavirus) zakażenie dróg oddechowych od dromaderów; kolejnym Koronawirusem (Coronaviridae) atakującym człowieka jest COVID19(od ang. Coronavirus Disease 2019) – ostra choroba zakaźna układu oddechowego (DOI: (10.1021/acs.jproteome.0c00129).
Wirusy przepełnione są siłą informacyjną z ukierunkowaniem na rozmnożenie (powielenie) kosztem ofiary, nawet za cenę, która go w ogóle nie obchodzi, jej życia. Ta cena jest ważna dla nas ludzi. Choć wirusy wiodą „życie” pasożyta, nie należą do nich. Jak wspomniałam, nie spełniają wszystkich kryteriów żywych organizmów. Nie tworzą komórek, jak Prokariota (bakterie) lub Eukariota (komórki z organellami, jądrem komórkowym, mitochondriami i innymi). Nie istnieją poza żywicielem, nie produkują gamet. Istnieją tylko dzięki żywicielowi i gdy znajdą kolejnego, to go zagospodarowują. Znamy choroby powodowane przez wirusy, które już nie występują, ponieważ udało się zniszczyć ten konkretny wirus ją powodujący. Prawdopodobnie tak jest z prawdziwą ospą (czarną ospą). Ostatni przypadek ospy prawdziwej miał miejsce w 1978, a choroba ta została uznana za eradykowaną (łac. eradicatio – eradykcja – całkowite usunięcie patogenu z organizmów ludzkich, zwierzęcych i innych elementów środowiska (https://sjp.pl/eradykacja) w 1980. (https://pl.wikipedia.org/wiki/Ospa_prawdziwa).
Odkrycia szczepionki (wariolizacji) przeciw ospie dokonał Edward Jenner. Podawał wirus atakujący inny gatunek – wirus ospy krowiej, potocznie nazywanej „krowianką” – chłopcu w 1796 roku ( https://pl.wikipedia.org/wiki/Edward_Jenner)”. W Polsce powszechny obowiązek szczepień przeciwko ospie czarnej wprowadzono w 1951 roku, a zniesiono w 1980.
W 1988 roku WHO postulowało o eradykcję polio. Tu należy przypomnieć profesora Hilarego Koprowskiego, odkrywcę i twórcę pierwszej w świecie (1950 rok), skutecznej szczepionki przeciwko wirusowi polio, wywołującemu chorobę Heinego-Medina. Otrzymał on atenuwane wirusy od szczurów. Atenuowana odmiana patogenu ma znacznie obniżoną wirulencję (zjadliwość, zdolność wniknięcia, namnożenia się oraz uszkodzenia tkanek zainfekowanego organizmu przez dany typ patogenu przy równoczesnym zachowaniu jego oddziaływania immunologicznego na organizm, czyli pobudzenia układu immunologicznego/obronnego do działania i zapamiętania patogenu). Tyle tytułem wstępu.
Czym jest COVID19?
Patogen składa się z białek, w tym złożonych (glikoprotein) (patrz „Gdy zjemy białko…”), kwasu rybonukleinowego (RNA), a w jego otoczce poza białkami jest jeszcze składnik lipidowy. Nasza główna informacja genetyczna – nasz genom – to kwas deoksyrybonuklelinowy – DNA. Obecne w naszych komórkach RNA jest syntetyzowane w jądrze komórkowym (proces nazywa się transkrypcja) i służy nam do biosyntezy białek (translacja). Podkreślam określenie „naszych białek”, ponieważ po inwazji wirus wymusza w naszych komórkach syntezę jego białek i jego elementów składowych/budowy. Na stronie Protein Data Bank Japan (https://pdbj.org/featured/covid-19) można dowiedzieć się więcej na temat budowy białek wirusa i obejrzeć w kolorze modele poszczególnych białek.
Na poniższym schemacie przedstawiam budowę wirionu COVID19, czyli pojedynczego sferycznego patogenu osiągającego średnicę 120 nm (10 do minus 9 metra) (https://viralzone.expasy.org/764?outline=all_by_species). Tak na marginesie – w związku tą wielkością, aby maska ochronna spełniała swoje zadanie, czyli zatrzymywała ten wirus, powinna mieć odpowiednio mniejsze otwory tak, aby go nie przepuścić.
Na wierzchu otoczki wirionu znajdują się struktury białkowe odpowiedzialne za fuzję, czyli połączenie się z błoną komórkową gospodarza – glikoproteina fuzyjna – proteina S (z ang. spike – szpikulec, strzykawka), będąca trimerem (budowa 4. rzędowa – patrz „Gdy zjemy białko…”). Zewnętrzne liczne białka wchodzą w skład membrany – białka M i białka okrywy E. Są one istotne w inwazji. Wewnątrz wirionu znajduje się spiralny nukleokapsyd składający się z białek nuklokapsydu N i informacji genetycznej w postaci RNA dochodzącego swą wielkością do 32000 nukleotydów. Informacja genetyczna jest w formie ssRNA(+) i to znaczy, że zawarty w niej jest gotowy mRNA (z ang. mesenger RNA – informacyjny RNA), który po przyłączeniu się do rybosomów zainfekowanej komórki weźmie udział w biosyntezie (translacji) białek „pracujących” na rzecz wirusa. Intruz wykorzystuje cały czas wszystkie substraty z komórki gospodarza.
Zarażenie wirusem jest możliwe tylko wtedy, gdy odnajdzie on w naszej komórce receptor. Receptor jest strukturą, która ma charakter zamka w drzwiach, a wirus ma klucz idealnie do niego dopasowany i właśnie otwiera sobie nim drzwi w celu inwazji.
Infekcja COVID 19 rozpoczyna się od odnalezienia odpowiedniego receptora na błonie komórkowej gospodarza (człowieka) w nabłonku płuc i przewodu komórkowego oraz w tkance nerwowej, a następnie połączeniu się z nim. Zaangażowane w ten proces są struktury otoczki wirusa i błony komórkowej komórki zakażanego: glikoproteiny, cukry błonowe, lipoproteiny. „Rozpoznają” one receptor komórki, powodują fuzję z błoną komórkową i dezintegrację receptora. COVID 19 rozpoznaje receptor błonowy, którym jest enzym proteolityczny i różni się tym od SARS (pandemia w 2002 roku), że grupa białek fuzyjnych S (spike protein) jest cięta (hydroliza) jeszcze dodatkowo przez następną proteinazę TMPRSS2 (ang. Transmembran Protein Receptor Spike Spike2 – białko transbłonowe receptor dla białek fuzyjnych wirionu). Jest to proteinaza serynowa.
Tytułem wyjaśnienia – enzymy proteolityczne, proteinazy, proteazy (Hydrolazy) wewnątrz komórek nazywają się katepsyny lub występują w specjalnych strukturach komórkowych – proteasomy. Wśród enzymów hydrolizujących białka poza nimi i tymi, które biorą udział w trawieniu białek z pokarmu (patrz: „Gdy zjemy białko…”), w naszym organizmie są jeszcze takie, które nazywają się konwertazy (konwersja – zmiana, przekształcenie) i powodują one uczynnienie jakiegoś białka lub peptydu poprzez odcięcie od niego jego fragmentu. Generalnie enzymy proteolityczne tną białka w specyficznych miejscach tak, jak to pokazałam na przykładzie enzymów trawiennych (między konkretnymi aminokwasami). W celu właściwego działania są wyposażone w centra aktywne o różnej budowie. Na poniższym schemacie pokazuję podział na proteinazy ze względu na obecność określonej reszty aminokwasowej właśnie w centrum aktywnym, a nie substracie jakim jest peptyd, polipeptyd, czy białko zbudowane też z aminokwasów wśród, których jest seryna, cysteina, asparaginian. Może to być też jon metalu na przykład cynku. Na poniższej lustracji pokazuję proteazy.
Konweratzy normalnie są nam potrzebne do uzdatniania naszych własnych aktywnych biologiczne peptydów i białek.
Zasadniczym substratem dla konwertaz ACE jest angiotensyna I. (z ang. Angiotenisine Conwerting Enzyme). Są dwie ACE: ACE1 (nazywna tylko ACE) i ACE2 (odkryta wiele lat później. ACE1 należy do metaloprotein i potrzebny do jej aktywności jest jon dwuwartościowy cynku (Zn++). Nadciśnieniowcy wiedzą, że zażywane przez nich inhibitory ACE1 dbają o to, aby ich ciśnienie nie było zbyt wysokie (bardzo popularne leki). ACE2 jest proteinazą serynową. ACE1 i ACE2 mają różne mechanizmy aktywności enzymatycznej.
Od angiotensynogenu – białka – jest odłączana angiotensyna 1 (peptyd składający się z 10 aminokwasów) przez enzym z nerki reninę. Następnie biorą się za ten dekapeptyd konweratazy ACE1 i ACE2. W wyniku działania ACE1 powstaje oktapeptyd (8 aminokwasów) Angiotensyna II (Angiotensyna 2), a ACE2 daje peptydy siedmio- i dziewięcio- aminokwasowe. Zwracam na nie uwagę, ponieważ zastosowanie inhibitorów konwertazy ACE (inhibitory ACE1na nadciśnienie) ma wpływ na cały nasz metabolizm, jak również wpłynie na aktywność ACE2. Dla ACE2 będzie więcej substratu i w efekcie powstanie więcej krótszych peptydów niż Angiotensyna II. Na poniższym schemacie przedstawiam udział obu tych konwertaz ACE 1 i ACE2 w naszym metabolizmie (Vaibhav B. Patel. Circulation Research. Role of the ACE2/Angiotensin 1–7 Axis of the Renin–Angiotensin System in Heart Failure, Volume: 118, Issue: 8, Pages: 1313-1326, DOI: (10.1161/CIRCRESAHA.116.307708).
Pokazuję tak dokładnie, aby podkreślić, jak skomplikowane i trudne będzie dla ludzkiego organizmu leczenie poprzez zastosowanie inhibitorów konwertazy angitensyny 2. W oparciu o ten schemat zwracam uwagę na to, jak ważne dla ogólnoustrojowego metabolizmu jest zachowanie odpowiednich proporcji w regulacji aktywności obu konweratz i z tym związanego oddziaływania na nasz organizm pochodnych angiotensyny I (Ang I), a mianowicie peptydów 8 aminokwasowego (angiotensyna II.) i pozostałych 7(Ang 1-7) i 9 (Ang 1-9) aminokwasowych. Receptory dla nich znajduja się w wielu tkankach i ich działanie w naszym organizmie jest szerokie. Wiązanie COVID19 z aktywnością biologiczną/enzymatyczną jest zbyt dalekim uogólnieniem. Osoby, które przyjmują leki hamujace działanie ACE1 nie powinny być bardziej narażone na infekcję tym wirusem niż inni.
Należy dodać, że jest jeszcze jedna grupa enzymów: furyny. Tną one białka przy aminokwasie arginina (Arg) (Arg-X-(Arg/Lys) -Arg’). Prawdopodobnie mogą też być zaangażowane w zakażenie COVID19, ponieważ znane jest ich działanie w inwazji wielu nieujarzmionych wirusów (https://en.wikipedia.org/wiki/Furin).
Wracając do wirionu COVID19, ma on na swej powierzchni białko fuzyjne – proteinę S (z ang. spike – kolec, strzykawka). Na poniższym schemacie pokazuję złożoność interakcji wirionu z receptorem ludzkiej komórki gospodarza.
Obecna w naszej błonie komórkowej proteaza serynowa (TMPRSS) najpierw przycina ACE2 – fragment białka tego enzymu. Pozostała w błonie komórkowej gospodarza reszta z ACE2 stanowi receptor dla wirionu. Proteaza serynowa przycina także białka fuzyjne – S. Wyeksponowana staje się domena (domena to określony strukturalnie i funkcjonalnie fragment białka – patrz „Gdy zjemy białko…”) wirionu z receptorem (z ang. RBD – Receptor Binding Domain). Do przystosowanego już białka receptora (zdegradowane ACE2) wystającego z błony komórkowej gospodarza przyłacza się wirion poprzez odpowiednią domenę proteiny S.
W wyniku tego procesu następuje fuzja („zlanie się”) z błoną komórkową żywiciela i wstrzyknięcie zawartości wirionu. W efekcie w zakażenie wirusem zaangażowanych jest kilka białek gospodarza – enzymy i białka strukturalne.
Endocytoza – wchłonięcie
W wyniku fuzji otoczki wirionu z błoną komórki zawartość wirusa dostaje się do komórki gospodarza wraz z fragmentem błony komórkowej żywiciela. Proces ten to endocytoza receptorowa. Ilustruję go na poniższym schemacie.
Penetracja składowych wirionu do komórki gospodarza dzieje sięna drodze endocytozy receptorowej. Białka osłonki wirionu ulegają połączeniu (fuzji) z błoną komórki i następuje wpuklenie. Od strony cytoplazmy obudowują to wpuklenie specjalne białka. Tworzy się pęcherzyk – endosom, który w kontakcie z lizosomem zostaje wyposażony w enzymy hydrolityczne i odpowiednie środowisko o pH 5 (patrz „Gdy białko…”). Jest to sytuacja korzystna dla COVID19. Zakwaszenie i działanie enzymów hydrolitycznych sprzyja uzdatnianiu do dalszej inwazji składowych wirionu. Niestety, w przypadku COVID 19 sprzyja to jego zjadliwości.
Co się dzieje we wnętrzu komórki
Zdegradowane wiriony nabierają słusznej aktywności i podporządkowują sobie metabolizm komórki gospodarza. Rozpoczynają swe niecne działanie od biosyntezy potrzebnych im białek. Na poniższym schemacie pokazuję te procesy (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4060729/).
Genom wirionu jest uwalniany do cytoplazmy i tu RNA wirusa napotyka rybosomy gospodarza – struktury na terenie cytoplazmy, na których przebiega biosynteza białek. Teraz zostaną one podporządkowane informacji wirionu i będą syntetyzować jego białka. Wykorzystuje on system biosyntezy białka dla syntezy własnych struktur białkowych i enzymów. Następnie białka te wirusowe biorą udział w replikacji genomu wirusa.
1.Powielenie materiału genetycznego przy użyciu składowych komórki gospodarza. COVID19 podporządkowuje sobie błony siateczki endoplazmatycznej komórki żywiciela tworząc obłonione pęcherzyki – DMV (z angDMV – double membrane vesicle). Potrzebuje tych struktur to prowadzenia biosyntezy swych składowych i dlatego wykorzystuje układ błon wewnątrz komórki – układ Golgiego.
2.Intensywna synteza białek wirusa
3.Dojrzewanie wirionu poprzez tworzenie białek strukturalnych i RNA oraz łączenie ich w gotowy wirion przygotowany do pączkowania poprzez egzocytozę.
Dla cierpliwych i spragnionych historycznej wiedzy o koronawirusie polecam opracowanie z 2014 roku zamieszczające odniesienia do jeszcze starszej literatury (po angielsku) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00296/full
Genom COVID19 koduje białka niestrukturalne (ang. nonstructural proteins lub nsp; potrzebne do replikacji), strukturalne oraz pomocnicze (ang. accessory proteins). Podobnie jak inne koronawirusy, COVI19 musi wytworzyć cztery złożone białka strukturalne.
S (ang. spike) – białko fuzyjne – glikoproteina powierzchniowa – odpowiedzialne za interakcję z receptorem na powierzchni komórek gospodarz/żywiciela; E (ang. envelope) – białko płaszcza – odpowiedzialne między innymi za formowanie wirionów; M (ang. membrane) – białko błonowe lub membranowe – główne białko macierzy wirusa; N (ang. nucleocapsid) – białko nukleokapsydu – pełniące funkcję ochronną dla dużej cząsteczki RNA oraz uczestniczące w modyfikacji procesów komórkowych i replikacji wirusa.
Gotowe do zakażenia, wiriony (sfery o średnicy 120 nm) dostają się do aparatu Golgiego (systemu wewnątrzkomórkowych błon – stanowiących komórkowy układ wydzielniczy) i wraz z jego pączkowaniem na drodze egzocytozy wydostają się na zewnątrz ludzkiej komórki. Uwolnione poszukują kolejnej ofiary – żywiciela. Zakażają.
Odtrutka – poszukiwania
Obecnie w leczeniu ludzi zainfekowanych COVI19 stosuje się leki działające wewnątrz komórki, do której wdarł się wirus i „rządzi”. Na poniższym schemacie przedstawiam miejsca działania w komórce gospodarza dla wirusa następujących leków: chloroqune, lopinavir/ritonavir, darunavir/cobicistat oraz remdesivir i favipiravir.
Chloroquine
Normalnie w endosomie i lizosomie pH jest około 5 (patrz „Gdy zjemy białko…”) i takie zakwaszenie sprzyja działaniu zawartych w nich hydrolaz (patrz „Działanie bez sił witalnych…”). Powodują one destrukcję dużych cząsteczek – białek, polimerów cukrów i innych substancji, które dostały się do komórki lub już nie są komórce potrzebne. Okazało się, że ta naturalna „obróbka” sprzyja zjadliwości wirusa i daje ona możliwość jego składowym do podporządkowania komórki swoim niecnym działaniom. Chloroquine podnosi pH w endosomach i lizosomach, w których znajduje się wirus na początku swej inwazji na terenie komórki. Tym samym hamuje działanie enzymów hydrolizujących. Lek ten sprzyja także wchłanianiu cynku (działając na jonofor – kanał błonowy) i to prawdopodobnie hamuje enzym biorący udział w metabolizmie kwasów nukleinowych wirusa (polimeraza RNA wirusa zależna od RNA), zatrzymuje w rezultacie powstanie materiału genetycznego wirusa.
Lopinavir/ritonavir i darunavir/cobicistat
Te leki, które są inhibitorami proteaz aspartylowych w wirionie, uszkadzają dojrzewanie wirionu i uniemożliwiają egzocytozę.
Remdesivir i favipiravir
Jako analogi adenozyny – nukleotydu RNA (adenina wchodzi w skład RNA), hamują syntezę (transkrypcję) wirusowej informacji genetycznej – RNA.
Arbidol (umifenovir)
Jest to lek produkowany w Rosji. Substancja ta stymuluje reakcję humoralną organizmu poprzez indukcję produkcji przeciwciał, interferonu, działania makrofagów w ich funkcji żernej (https://en.wikipedia.org/wiki/Umifenovir).
Ivermectin
W publikacji z 3 kwietnia 2020 opisano działanie Ivermectin (iwermektyna). Jest to lek o szerokim działaniu w komórce zainfekowanej i nie dopuszczający do namnożenia się wirusa w zainfekowanej nim komórce gospodarza, ale na razie są to badania in vitro (w szkle czyli w hodowli komórkowej) (https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2020.104787)
Enzym
Wracając do enzymu – proteazy TRMRSS, biorącej udział w receptorowej fuzji wirionu (patrz wyżej), to już od jakiegoś czasu wiadomo, że w dużych ilościach występuje w gruczole krokowym (prostacie) (Chun-Jung Ko et al. Cancer Res 2015;75:2949-2960). Jest go trzykrotnie mniej w błonach komórek nabłonkowych jelita, a ośmiokrotnie w nabłonku płuc. Dowiedziono, że androgeny sprzyjają zwiększonej ilości tego białka w prostacie, a także tego, że sprzyja ono rozwojowi raka tego gruczołu. W terapii ludzi chorych na raka prostaty obniża się stężenie androgenów, ograniczając w ten sposób zawartość TRMRSS w tkankach. Obecnie wiadomo, że bardziej podatni na COVID19 są mężczyźni, a mało jest chorych dzieci. Może to ma związek z androgenami, których stężenie u dzieci jest niezwykle niskie. Prowadzone są prace nad odkryciem inhibitora tego enzymu i zastosowaniu go w terapii przeciw COVID2 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1684118220300827). Zastosowanie takiej substancji w terapii ludzi nie dopuszczałoby zakażeniu wirionem (uszkadzałoby system łączenia wirionu z receptorem).
Powyżej opisałam pokrótce leki stosowane w leczeniu zakażonych COVI19. Są to leki znane wcześniej, przed pandemią COVID 19i stosowane z powodzeniem w leczeniu chorych z powodu inwazji innych wirusów (SARS, MERS, Ebola), pierwotniaków (malaria) a nawet robaków (iwermektyna).
Osocze
Ostatnio próbuje się stosować w leczeniu chorych z powodu COVID19 osocze ozdrowieńców w nadziei, że będzie ono zawierało przeciwciała niszczące wirus.
Szczepionka
Można podsumować, że leki te są antidotum, ale ciągle chcielibyśmy, aby pojawiły się czynniki prewencyjne, pozwalające na normalny kontakt z naszymi bliźnimi. Czekamy na szczepionkę.
Poniżej przedstawiam najnowsze przedsięwzięcia i pomysły zaangażowane właśnie w prewencję (http://www.mdpi.com/1422-0067/21/7/2657/htm#B39-ijms-21-02657) Int.Mol. Sci. 2020, 21(7), 2657; https://doi.org/10.3390/ijms21072657 (registering DOI). Otrzymane: 12 March 2020 / Revised: 7 April 2020 / zaakceptowane: 8 April 2020 / Opublikowane: 10 April 2020). Proszę o zwrócenie uwagi na fakt, że jest to praca zrecenzowana i w dodatku bardzo „świeża”.
Przypomnę, że szczepionka to preparat biologiczny imitujący naturalną infekcję i prowadzący do rozwoju odporności analogicznej do tej, którą uzyskuje organizm w czasie pierwszego kontaktu z prawdziwym drobnoustrojem – bakterią lub wirusem (https://pl.wikipedia.org/wiki/Szczepionka). Szczepionka zawiera antygen (antygen to substancja, która wprowadzona do organizmu wywołuje u niego reakcję immunologiczną, która polega na zwiększeniu liczby limfocytów i wytworzeniu się swoistych przeciwciał) stymulujący układ odpornościowy do indukcji swoistej odpowiedzi immunologicznej przeciw określonemu drobnoustrojowi. Dzięki wytworzeniu pamięci immunologicznej w przypadku kolejnego kontaktu z antygenem wtórna odpowiedź immunologiczna szybciej i skuteczniej eliminuje patogen, co uniemożliwia naturalny przebieg choroby, wraz z wykształceniem się typowych dla niej objawów klinicznych. W skład szczepionki może wchodzić żywy, o osłabionej zjadliwości (atenuowany) lub zabity drobnoustrój, a także inne fragmenty jego struktury, czy metabolity. Szczepionkę podaje się w celu ochrony przed ciężkim przebiegiem choroby i powikłaniami. Uzyskanie odporności nabytej w wyniku szczepienia jest znacznie bardziej bezpieczne niż w wyniku „naturalnego” zachorowania, które może być groźnie dla życia. Przy szczepionkach stosowanych w Polsce jeden niepożądany odczyn poszczepienny występuje przeciętnie raz na 10 000 szczepień.
Odkrycie szczepionki na COVID19 jest ogromnym wyzwanie dla ludzkości, ponieważ ma zahamować pandemię. Genom wirusa jest już poznany, jak również jego mechanizm zakażenia. Niestety, prace nad otrzymaniem szczepionki wydają się być procesem długofalowym. Najlepszym kandydatem do „rozpracowania” pod tym kątem jest proteina S – białko fuzyjne („szpikulec”) wirusa.
W tym miejscu przypominam o fazach badań klinicznych mających I, II i III. etap. Każdy z etapów badania klinicznego jest niezbędny do pozytywnego zakończenia całej procedury. Zły wynik na jednym etapie uniemożliwia przejście do kolejnego. Badania kliniczne rządzą się jasno ustalonymi zasadami i mechanizmami, których przestrzeganie pomaga utrzymać wysoki poziom, bezpieczeństwo i skuteczność. Niektórzy wskazują także IV fazę badań klinicznych, która jest prowadzona po tym, jak nowy lek uzyska pozwolenie na wprowadzenie do obrotu. Ten etap ma na celu przepisanie leku przez lekarzy przyjmujących pacjentów w placówkach służby zdrowia i zebranie wyników w oparciu o znacznie większą grupę badanych. Faza ta nie jest stricte związana z badaniami klinicznymi, dlatego też przede wszystkim ważne są etapy I, II i III.
mRNA-1273
Na początku stycznia 2020 został zsekwencjonowany, czyli określono skład RNA COVID19, genomu SARS-CoV-2. Otrzymano już syntetyczne mRNA (mRNA-1273), które koduje proteinę S (zawiera na nią informacje genetyczną). Po podaniu go domięśniowo człowiekowi oczekuje się immunologicznej reakcji bezpośrednio przeciw proteinie S. Synteza tej substancji i podanie jej w lipidowych nanokapsułkach (typu liposomy) nie wymaga preparowania samego wirusa. Jest to relatywnie bezpieczne i gotowe do sprawdzenia. Obecnie ta metoda z mRNA-1273 przechodzi I-fazę badań klinicznych.
INO-4800
INO-4800 jest szczepionką z DNA proponowaną przez Inovio Pharmaceuticals. Ta genetyczna szczepionka ma być podana do tkanek ludzi. Tam ma spowodować kolejno syntezę odpowiedniego RNA do biosyntezy białka (translacji), a potem białek, które powinny wywołać reakcję immunologiczną/obronną organizmu. Formą podania ma być plazmid (kolista cząsteczka DNA).
ChAdOx1 nCoV-19
Ta szczepionka jest proponowana przez Uniwersytet Oksfordzki. Wykorzystany jest fragment nie replikowany adenowirusa (do komórek ludzi można między innymi wprowadzać obce geny za pośrednictwem wirusów – tzw. wektory wirusowe) z dodaną genetyczną informacją dla proteiny S. Ten projekt jest I/II fazie badań klinicznych. To, że podaje się niereplikowalny fragment wirusa stwarza relatywne bezpieczeństwo dla dzieci i osób obciążonych chorobami. Poza tym ten wektor wirusowy chętnie wiąże się z nabłonkiem w drogach oddechowych i przewodu pokarmowego, gdzie występuje dużo ACE2 receptorów dla COVID19. Oczywiście skuteczność wywołania reakcji immunologicznej/obronnej tej szczepionki wymaga dalszych badań. O tego typu szczepionce wspomina ostatnio onkolog profesor Jan Walewski.
Stabilizowana podjednostka wirusa.
Dzięki inżynierii genetycznej otrzymano białka rekombinowane otoczki wirusa o budowie IV rzędowej – podjednostkowej, które są stabilne. W Uniwersytecie Queensland zastosowano metodę „molecular clamp” (zacisk molekularny – klamry aminokwasowe), powodującą stabilność błonowych białek wirusa (z ang. stabilizowana podjednostka szczepionek – Stabilized Subunit Vaccines ). Takie stabilne białka mogą wchodzić w skład szczepionki, która wywoła silną reakcje obronną/immunologiczną organizmu. Naukowcy z University of Queensland próbują stworzyć szczepionkę przy użyciu tej metody. Projekt został sfinansowany przez Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, które z kolei otrzymały fundusze od Fundacji Gatesa oraz rządów Norwegii, Japonii i Niemiec.
Szczepionka z nanocząstek
Zastosowanie nanocząstek jest alternatywną formą wprowadzenie antygenu. Nanocząstka może być sprzężona z elementem wirusa (antygenowym epitopem) i udawać wirion. Dzięki temu spowoduje reakcję układu immunologicznego w kierunku produkcji białek obronnych (cytokin). Taka szczepionka mogłaby być podawana wziewnie do nosa lub w aerozolu doustnym. Novavax, Inc. wyprodukował szczepionkę z zastosowaniem nanocząstek mających w sobie jako białko antygenowe proteinę S (białko fuzyjne wirionu). Pierwszy etap badań klinicznych rozpocznie się latem.
Sztuczne struktury prezentujące antygen będący specyficznym patogenem (Pathogen-Specific Artificial Antigen-Presenting Cells)
Wiadomo, że specyficzne w stosunku do określonego antygenu limfocyty T są zdolne do zwalczenia komórek rakowych i infekcji wirusowej. Jeżeli sztuczną strukturę wyposażymy w odpowiedni antygen, to pobudzi ona do aktywności komórki odpornościowe zdolne do jej unicestwienia. Sztuczne „komórki” mające na swej powierzchni (prezentujące) genetycznie zmodyfikowany antygen wirusa podane człowiekowi mogą spełnić funkcje szczepionki. Badania w tym kierunku zostały rozpoczęte.(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5560309).
Na poniższym schemacie pokazuję streszczenie dotyczące zakażenia COVID19 (https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S2095177920302045-fx1_lrg.jpg)
Inwazja wirusa COVID19 jest sama w sobie niekorzystna dla ludzkich komórek, zabójcza. Wywołuje ona silną reakcję całego organizmu w postaci syntezy i wyrzutu ogromnej liczby różnych cytokin (https://pl.wikipedia.org/wiki/Cytokiny). Cytokiny to białka wpływające na wzrost, proliferację i pobudzenie komórek biorących udział w odpowiedzi odpornościowej oraz komórek hemopoetycznych. Cytokiny mogą wybiórczo pobudzać odpowiedź komórkową lub humoralną, co w połączeniu z ich ilością (ponad 100 opisanych cytokin i wciąż odkrywane nowe) powoduje, że powstaje niezwykle skuteczny, ale także bardzo skomplikowany i czuły system powiązań pomiędzy komórkami układu odpornościowego, tzw. sieć cytokin. Sytuację dodatkowo komplikuje fakt, że cytokiny wpływają nie tylko na leukocyty, ale także na inne komórki organizmu, stymulując powstawanie gorączki, regulując morfogenezę komórek i tkanek, czy też biorąc udział w procesach patologicznych i działając cytotoksycznie. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę oddziaływania pomiędzy cytokinami. Te i inne fakty nakazują spojrzeć na cytokiny nie tylko jako na białka działające lokalnie, ale także jako na grupę cząsteczek o kluczowym znaczeniu dla funkcjonowania danego organizmu. Niestety, COVID19 wywołuje tzw. burzę cytokin, ich nadprodukcję, która dodatkowo utrudnia leczenie zakażonych.
Jak przedstawiłam, bardzo wielu naukowców i wiele firm farmaceutycznych walczy o to, aby jak najszybciej i najskuteczniej opanować pandemię COVID19. Stosowane są bardzo nowatorskie techniki badawcze i supernowoczesne metody produkcyjne. Bądźmy dobrej myśli.
Korzystałam także z https://pl.wikipedia.org i z Biochemia – JM Berg, JL Tymoczko, L Stryer PWN, Warszawa, 2005