Szczepionka przeciwko malarii? A może zmodyfikujemy genetycznie komary ją przenoszące?

Malaria od wieków towarzyszy człowiekowi. Ta tropikalna choroba, wywoływana przez pasożyty z rodzaju Plasmodium, wciąż pochłania blisko 600 tysięcy istnień rocznie, z czego ponad 2/3 to dzieci poniżej 5. roku życia.

Według danych Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), w 2022 roku odnotowano aż 247 milionów przypadków malarii na całym świecie, a najbardziej dotkniętym nią regionem jest Afryka Subsaharyjska (94 proc. przypadków).

Zmiany klimatyczne mogą dodatkowo utrudniać walkę z chorobą. Według badań opublikowanych w Nature Africa rosnące temperatury mogą doprowadzić do występowania malarii na wyższych szerokościach geograficznych, co oznacza, że kraje, które dotychczas nie musiały zmagać się z tą chorobą, mogą wkrótce stanąć przed nowym wyzwaniem.

Oprócz tragicznego bilansu ludzkiego malaria generuje ogromne koszty ekonomiczne. Szacuje się, że w krajach najbardziej dotkniętych chorobą, takich jak Nigeria czy Demokratyczna Republika Konga, wydatki na leczenie malarii pochłaniają do 40 proc. publicznych budżetów zdrowotnych.

WHO szacuje, że co roku na całym świecie wydajemy ok. 12 mld dolarów na leczenie malarii. Dlaczego, mimo wielu lat intensywnych badań, wciąż nie udało się znaleźć rozwiązania, które skutecznie wyeliminowałoby tę chorobę? Odpowiedź na to pytanie nie jest łatwa.

Odwieczny wróg człowieka

Malaria to groźna choroba tropikalna wywoływana przez pasożyty z rodzaju Plasmodium, które atakują czerwone krwinki (erytrocyty) człowieka. Jest to jedna z najstarszych znanych chorób zakaźnych, która od wieków stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi, zwłaszcza w regionach o ciepłym i wilgotnym klimacie, takich jak Afryka Subsaharyjska, Azja Południowo-Wschodnia, Ameryka Łacińska i część Bliskiego Wschodu.

Zakażenie Plasmodium powoduje objawy takie jak gorączka, dreszcze, bóle głowy, bóle mięśni, nudności i wymioty. W ciężkich przypadkach może dojść do uszkodzenia narządów wewnętrznych, śpiączki, a nawet śmierci.

Pasożyty Plasmodium występują w kilku odmianach, z których najbardziej niebezpieczne dla ludzi to Plasmodium falciparum, odpowiedzialny za najcięższe przypadki malarii, oraz Plasmodium vivax, Plasmodium ovale i Plasmodium malariae.

Plasmodium falciparum (zarodziec sierpowaty) jest szczególnie groźny, ponieważ może prowadzić do malarii z ciężkim przebiegiem, w tym do uszkodzenia mózgu (malaria mózgowa), co stanowi bezpośrednie zagrożenie życia. W regionach, gdzie malarię leczy się w sposób niewłaściwy lub z opóźnieniem, pasożyty mogą rozwijać oporność na leczenie, co dodatkowo komplikuje walkę z tą chorobą.

Ukąszenie przez komara

Zakażenie malarią następuje przede wszystkim przez ukąszenie samicy komara z rodzaju Anopheles (przenoszących Plasmodium). Owad wprowadza do ludzkiego organizmu formy pasożyta zwane sporozoitami, które wędrują przez krew i docierają do wątroby, gdzie dojrzewają – dopiero potem wkraczają do krwiobiegu i atakują erytrocyty.

W organizmach zarażonych osób dochodzi do hemolizy, czyli masowego rozpadu czerwonych krwinek, co wywołuje charakterystyczne objawy choroby – gorączkę i dreszcze.

Jednym z powodów, dla których malaria tak łatwo się rozprzestrzenia, jest zdolność komarów Anopheles do rozmnażania się w wodzie, co sprawia, że w tropikalnych i subtropikalnych regionach choroba jest obecna przez większą część roku. W wyniku zmian klimatycznych, urbanizacji i migracji, ryzyko zachorowania na malarię może się zwiększać, a nowe obszary stają się bardziej narażone na epidemię.

Leczenie malarii zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj pasożyta, stopień zaawansowania choroby, a także lokalizacja geograficzna, w której doszło do zakażenia.

W przypadku malarii wywołanej przez Plasmodium falciparum, który jest najbardziej niebezpiecznym gatunkiem, stosuje się leki o szerokim spektrum działania, takie jak: artemizyna i jej pochodne (np. Artemeter, Artesunat), chlorochina, stosowana głównie w przypadku zakażenia Plasmodium vivax (ale coraz rzadziej ze względu na rozwój odporności tego pasożyta) czy meflochina, używana w leczeniu malarii w regionach opornych na inne leki.

Coraz częściej wykorzystuje się także terapię skojarzoną (artemizyna połączona z innymi lekami).

Nie można się zaszczepić?

Pierwsze poważne próby stworzenia szczepionki przeciwko malarii rozpoczęły się na początku XX wieku, kiedy to starano się zrozumieć, jak choroba jest przenoszona. W 1932 roku niemiecki badacz Hans Zinsser opisał, że to komary przenoszą pasożyty, co stało się podstawą do dalszych prac nad szczepionkami i zwalczaniem wektora choroby.

Z początkiem lat 50. XX wieku pojawiły się pierwsze poważniejsze próby opracowania szczepionki, ale przełomowe okazały się lata 70. i 80. XX wieku, kiedy to naukowcy skupili się na jednym z głównych białek pasożyta, znanym jako białko okołosporozoitowe (CSP).

W 1987 roku zespół badaczy pod przewodnictwem prof. Johna Robbins’a z National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) zaprezentował po raz pierwszy wyniki eksperymentu, w którym wykorzystano białko CSP jako część potencjalnej szczepionki.

Szczepionka RTS,S

Została ona opracowana w laboratoriach i nazwana RTS,S. To był pierwszy krok w stronę stworzenia szczepionki opóźniającej infekcję, ale sama skuteczność okazała się ograniczona.

W 1999 przeprowadzono badania na dużą skalę w Ghanie, które wykazały, że szczepionka RTS,S rzeczywiście wywołuje odpowiedź immunologiczną, ale nie jest wystarczająco skuteczna w eliminowaniu zakażeń. Choć badania nad szczepionką RTS,S były obiecujące, skuteczność tego preparatu, która wynosiła około 30-50 proc. w zależności od regionu, była zbyt niska, aby rozwiązać globalny problem malarii.

Równolegle do badań nad RTS,S naukowcy zaczęli opracowywać inne podejścia do szczepionek, nie tylko skupiające się na białkach pasożyta. W 2006 roku światło dzienne ujrzała pierwsza na świecie „oficjalna” szczepionka przeciwko malarii – Mosquirix, rozwijana przez GlaxoSmithKline (GSK) w ramach współpracy z WHO.

Mimo uznania szczepionki za przełomową nie zdołała ona osiągnąć oczekiwanych wyników w kwestii eliminacji choroby. W 2015 roku, po serii prób klinicznych, WHO dało jej pierwszą aprobatę, ale zasady stosowania ograniczyły się do wybranych regionów, gdzie wskaźniki zachorowań były najwyższe.

Wśród wyzwań, które musiały zostać pokonane, wymienia się nie tylko problemy z samą skutecznością, ale także wysoką cenę szczepionki oraz potrzebę częstych dawek.

Światełko w ciemnościach

Niedawno świat obiegła wiadomość o szczepionce R21/Matrix-M, opracowanej przez naukowców z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Jest to szczepionka białkowa, co oznacza, że wykorzystuje fragmenty białka pasożyta Plasmodium falciparum, odpowiedzialnego za najgroźniejszy rodzaj malarii. Szczepionka stymuluje układ odpornościowy do produkcji przeciwciał, które pomagają zwalczać pasożyta.

Zawiera ona białko RH5, które jest kluczowym elementem, umożliwiającym pasożytowi przyczepienie się do czerwonych krwinek i wnikanie do nich. Użycie tego białka jako „pułapki” dla intruza może skutecznie zablokować jego rozwój w organizmie, zmniejszając ryzyko infekcji.

Szczepionka R21/Matrix-M jest połączona z adjuwantem Matrix-M, który pomaga wzmocnić odpowiedź immunologiczną organizmu. Adjuwant ten zapewnia silniejszą i długotrwałą reakcję układu odpornościowego, co jest kluczowe w walce z pasożytem malarii, który może łatwo uciec przed reakcją układu odpornościowego.

R21/Matrix-M wykazała wysoką skuteczność w badaniach klinicznych, które zostały przeprowadzone na szeroką skalę w Afryce.

Skuteczność 77 procent

W opublikowanym badaniu, które objęło ponad 450 dzieci z Mali, szczepionka okazała się mieć skuteczność około 77 proc. w zapobieganiu malarii wywołanej przez Plasmodium falciparum.

Jest to wynik znacznie wyższy od skuteczności poprzednich szczepionek, w tym RTS,S, której efektywność wynosiła około 30-50 proc. po kilku latach stosowania. Taki wynik, szczególnie w kontekście dzieci, które są najbardziej narażone na ciężki przebieg malarii, budzi duże nadzieje na przyszłość.

Ponadto szczepionka wydaje się oferować długotrwałą ochronę, choć konieczne będą dalsze badania, aby dokładnie ocenić jej trwałość w dłuższej perspektywie.

Mimo pozytywnych wyników badań szczepionka R21/Matrix-M nie jest jeszcze dostępna na rynku globalnym. Wymaga dalszych badań, w tym testów na większych grupach populacyjnych i w różnych warunkach terenowych, aby upewnić się, że jest bezpieczna i skuteczna w różnych rejonach świata.

Serum Institute of India, największy producent szczepionek na świecie, zadeklarował zdolność do produkcji 200 milionów dawek rocznie, co daje nadzieję na szybkie wprowadzenie szczepionki w krajach najbardziej dotkniętych malarią.

Profesor Adrian Hill, jeden z głównych twórców szczepionki R21/Matrix-M, podkreśla, że sukces tej szczepionki jest wynikiem lat intensywnych badań nad zrozumieniem cyklu życia pasożyta Plasmodium oraz układu odpornościowego człowieka.

„R21 to krok w stronę ostatecznego zwycięstwa nad malarią. Jej wysoka skuteczność pokazuje, że jesteśmy blisko przełomu. Jednak nie możemy zapominać, że eliminacja malarii to zadanie wymagające zintegrowanego podejścia, które łączy szczepienia z kontrolą komarów i leczeniem” – powiedział prof. Hill.

Dr Pedro Alonso, w latach 2014-2022 dyrektor Globalnego Programu Malarii przy WHO, zwraca uwagę na to, że chociaż szczepionka R21/Matrix-M jest wielkim krokiem naprzód, walka z malarią nie polega wyłącznie na znalezieniu skutecznej szczepionki.

„Wiele lat badań pozwoliło nam zbliżyć się do celu, ale malaria to choroba, która wymaga kompleksowego podejścia. Musimy również wzmocnić inne działania prewencyjne, takie jak stosowanie moskitier, leki oraz kontrolowanie populacji komarów. Skuteczne zarządzanie tak złożonym zagrożeniem to klucz do ostatecznej eliminacji” – zaznaczył dr Alonso.

Ostateczny triumf (nie)możliwy

Choć szczepionka R21/Matrix-M stanowi ogromny postęp w walce z malarią, eksperci podkreślają, że całkowite jej pokonanie będzie wymagało skoordynowanego działania na wielu frontach. Nie ma jednej magicznej formuły, która pozwoliłaby na całkowite wyeliminowanie malarii z powierzchni Ziemi.

Wymaga to połączenia kilku strategii, takich jak szerokie stosowanie szczepionek, rozwój nowych terapii, kontrolowanie populacji komarów oraz wprowadzenie skutecznych metod zapobiegania rozprzestrzenianiu się choroby w obszarach, gdzie malaria występuje najczęściej.

Co więcej, Plasmodium falciparum, pasożyt odpowiedzialny za najcięższe przypadki malarii, jest wyjątkowo zmienny i ma zdolność do rozwijania oporności na leki. Podobnie jak inne patogeny, także malaria może „uczyć się” unikać działania leków i szczepionek. Dlatego naukowcy muszą nieustannie monitorować ewolucję pasożyta i dostosowywać strategie leczenia oraz profilaktyki.

Prof. Kevin Marsh, ekspert w dziedzinie malarii z Uniwersytetu w Nairobi, twierdzi, że choć R21 to przełom, nie jest to koniec drogi.

„Walka z malarią to wieloetapowy proces, który obejmuje nie tylko rozwój szczepionek, ale także globalną współpracę i odpowiednie finansowanie działań profilaktycznych. W przyszłości możliwe jest, że malaria stanie się chorobą, której przypadki będą rzadkie, ale nadal będziemy musieli utrzymywać intensywną kontrolę nad jej rozprzestrzenianiem się” – mówił prof. Marsh.

A może po prostu zabijemy te komary?

Brzmi to jak drastyczne, ale teoretycznie kuszące rozwiązanie – eliminacja komarów z rodzaju Anopheles, które przenoszą malarię, mogłaby zakończyć globalną walkę z tym patogenem. Realizacja tego szalonego planu wiąże się z wieloma trudnościami.

Po pierwsze, komary Anopheles pełnią istotną rolę w ekosystemach – są nie tylko wektorem malarii, ale także pożywieniem dla wielu innych organizmów, w tym ptaków, ryb i innych owadów. Usunięcie całej populacji komarów mogłoby prowadzić do zakłócenia równowagi ekologicznej w środowisku, co mogłoby mieć nieprzewidywalne konsekwencje.

Nawet jeśli udałoby się zlikwidować populację komarów Anopheles w danym regionie, nie oznacza to jeszcze, że problem malarii zniknąłby na zawsze. Pasożyty Plasmodium nie są obecne tylko w komarach – mogą one występować także w organizmach ludzi, zwłaszcza w obszarach, gdzie choroba jest powszechna.

Chociaż eliminacja komarów zmniejszyłaby ryzyko zakażenia, nie wyleczyłaby już istniejących przypadków malarii. W dodatku niektóre komary Anopheles mogą być bardziej odporne na interwencje, co sprawia, że eliminacja ich z całego świata staje się zadaniem niemal niemożliwym do wykonania.

Albo je genetycznie zmodyfikujemy

Zamiast całkowitej eliminacji komarów, istnieją bardziej realistyczne strategie, które mogłyby zmniejszyć ich populację i tym samym ograniczyć rozprzestrzenianie się malarii. Jednym z takich podejść jest wprowadzenie modyfikacji genetycznych owadów, które sprawiają, że samice stają się bezpłodne, a w konsekwencji cała populacja wymiera.

Wykorzystując technikę edycji genów CRISPR/Cas9, naukowcy są w stanie modyfikować komary w taki sposób, by ograniczyć ich zdolność do rozmnażania się, a tym samym zmniejszyć liczbę owadów, które mogą przenosić chorobę.

Innym podejściem jest wprowadzenie komarów zarażonych bakteriami Wolbachia, które zmieniają cykl życia pasożyta malarii, czyniąc komary mniej skutecznymi w przenoszeniu Plasmodium. Programy takie są realizowane w niektórych krajach i pokazują obiecujące wyniki w obniżaniu liczby zakażeń.