Komáři přenášející smrtícího parazita malárie létají vedle lidí již tisíce let a tato nemoc se objevuje v písemných zprávách již 2700 let př. n. l. Malárie sužuje lidi i dnes a každoročně způsobuje statisíce úmrtí.
Malárii způsobuje parazit Plasmodium, jednobuněčný organismus, který má více životních stadií a pro své přežití potřebuje více než jednoho hostitele. Pět druhů tohoto parazita způsobuje onemocnění u lidí – Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae a P. knowlelsi. Plasmodium falciparum je pro člověka nejnebezpečnějším kmenem, na který se dnes zaměřuje většina vědeckého výzkumu. V roce 2002 se vědcům podařilo sekvenovat genom P. falciparum, což vědcům umožnilo učinit velký pokrok v lepším pochopení způsobů, jak na něj působit.
Název malárie pochází z mal’aria, což je italský výraz pro „špatný vzduch“. Před rozvojem zárodečné teorie na konci 19. století se mnoho lidí domnívalo, že se nemoc přenáší prostřednictvím miasmat neboli kontaminovaného vzduchu. V roce 1897 britský lékař Ronald Ross učinil objev, že přenašečem nemoci jsou komáři. Vědci pak zjistili, že parazita přenášejí pouze samičky komára Anopheles (samci se krví neživí). Samičky 60 různých druhů komárů rodu Anopheles mohou sloužit jako přenašeči malárie.
Více než polovina světové populace žije v oblastech ohrožených malárií, její případy jsou zdokumentovány ve více než 109 zemích a nejvyšší úmrtnost (zhruba 89 % všech úmrtí) se vyskytuje v Africe. Ročně se tímto parazitem nakazí přibližně 220 milionů lidí. Závažným onemocněním a úmrtím jsou navíc nejvíce ohroženy děti mladší pěti let, těhotné ženy a lidé s HIV/AIDS.
Dlouhá historie malárie zahrnuje mnoho historických pokusů o její poražení. Chinin, látka získávaná z kůry stromu chinovníku, je znám jako účinný prostředek proti malárii již od roku 1600. Poté, co byla pochopena úloha komárů při přenosu malárie, se vědci zaměřili na kontrolu vektorů. Předpokládali, že zničením přenašeče mohou zastavit cyklus infekce. V polovině 20. století proto přišlo do módy DDT a další insekticidy, které se od té doby používají dodnes. Další formou kontroly vektorů, která je nejen účinná, ale také velmi úsporná, jsou sítě na spaní, které chrání spící lidi před komářím bodnutím. A konečně vývoj několika různých léků proti malárii změnil pohled cestovatelů na země s výskytem malárie a na rizika spojená s cestováním obecně. Ve skutečnosti, a pravděpodobně díky všem výše uvedeným opatřením, klesl počet odhadovaných úmrtí na malárii o 13 %, ze 755 000 v roce 2000 na 655 000 v roce 2010. Počet případů onemocnění klesl také, i když méně dramaticky, z 223 milionů v roce 2000 na přibližně 216 milionů v roce 2010.
Proč je malárie při všem tomto vývoji stále problémem? Hlavním problémem je vznik rezistence vůči lékům a insekticidům. Parazit malárie přežívá již více než 50 000 let a přírodní výběr zvýhodňuje kmeny organismu s mutacemi, které jim pomáhají vyhnout se hrozbám. Dnes se setkáváme se stále větším počtem parazitů odolných vůči lékům a komárů odolných vůči insekticidům. V současné době probíhá celosvětové úsilí o další éru prevence malárie: vývoj vakcín proti malárii, které mají potenciál zachránit nespočet životů a které by nakonec mohly pomoci vymýtit tento historický úděl.
Životní cyklus rodu Plasmodium
Malárie se nepodobá žádné jiné infekční nemoci, proti které jsme již vytvořili úspěšnou vakcínu. Nejvýraznější z těchto odlišností je, že malárie se přenáší prostřednictvím parazita, který prochází několika životními stádii, z nichž každé představuje pro vývojáře vakcín jedinečnou výzvu. Tři stádia životního cyklu Plasmodium lze rozdělit do dvou odlišných kategorií – v prvních dvou prochází parazit nepohlavním rozmnožováním v těle hostitele a ve třetím se pohlavně rozmnožuje ve střevě komára přenašeče. Protože se parazit může rozmnožovat jak nepohlavně, tak pohlavně, má oproti virům a bakteriím, proti nimž se v současnosti očkuje, řadu výhod.
Tři stadia životního cyklu Plasmodium jsou: (1) preerytrocytární stadium, známější jako jaterní stadium, neboli stadium předtím, než parazit infikuje červené krvinky člověka, (2) erytrocytární stadium, neboli stadium krve, kdy parazit infikuje červené krvinky, a (3) pohlavní stadium, stadium, kdy je parazit zachycen komárem a pohlavně se rozmnožuje ve střevě komára.
Je důležité si uvědomit, že každé životní stadium probíhá v jiné části těla nakaženého člověka nebo přenašeče. Za prvé, když komár nakažený plasmodiem kousne lidského hostitele, parazit se dostane přímo do jater. Za druhé, jakmile parazit dozraje v játrech, dostane se do krevního oběhu a napadne krevní buňky. A konečně, když je připraven infikovat dalšího hostitele, nasaje ho jiná samička komára rodu Anopheles a pohlavně se rozmnoží v jeho útrobách.
Než se budeme podrobněji zabývat tím, jak by vakcína mohla zabránit malárii, je užitečné zopakovat si fáze životního cyklu parazita. První forma je známá jako sporozoit (vyslovuje se spore-o-zo-ite). Když komár obsahující parazita malárie kousne člověka, parazit se dostane do lidského těla jako sporozoit. Jakmile se sporozoit dostane do jater, rychle infikuje jaterní buňky a projde několika koly nepohlavního rozmnožování za vzniku merozoitů (vyslovuje se mer-o-zo-ites). Všechny tyto vývojové fáze tvoří preerytrocytární stadium životního cyklu parazita. Jeden sporozoit se může nepohlavně rozmnožovat a vytvořit až 40 000 merozoitů, což je dostatečně velký počet na to, aby vážně ohrozil schopnost imunitního systému parazita kontrolovat.
Erytrocytární stadium je další fází, která nastává, jakmile merozoiti opustí jaterní buňky a dostanou se do krevního oběhu. Zde merozoit infikuje červenou krvinku a začne se nepohlavně množit a uvolňovat stovky nových merozoitů. V této fázi začne jedinec pociťovat příznaky, jako je periodická horečka spojená s malárií. Tyto příznaky jsou důsledkem prasknutí červených krvinek, a proto se příznaky často objevují periodicky – když se parazit uvnitř červené krvinky rozmnožuje, horečka se sníží a pacientovi se zdá, že se jeho stav zlepšuje, ale po uvolnění merozoitů se opět rozběhne.
Ve třetí fázi, neboli pohlavní fázi, se několik krevních buněk infikovaných merozoity přestane nepohlavně množit a místo toho dozrají v pohlavní formy parazitů – známé jako samčí a samičí gametocyty (vyslovuje se gam-eat-o-cyty). Pod mikroskopem jsou gametocyty P. falciparum rozeznatelné podle jedinečného banánovitého tvaru. Když komár rodu Anopheles kousne člověka, který má malárii, nasaje gametocyty spolu s krví. Tyto gametocyty jsou pak schopny dalšího pohlavního rozmnožování v komářím střevě, kde se vyvinou ve zralé pohlavní buňky nebo gamety a nakonec se při pohybu stěnou komářího střeva spojí v oocystu. Oocysta roste, dělí se a nakonec praskne a vyprodukuje tisíce haploidních sporozoitů, kteří se dostanou do slinných žláz komára, aby byli vstříknuti do dalšího jedince během dalšího krmení komára krví. (Pokud si vzpomenete, sporozoit je forma parazita, která infikuje játra.) Tím se životní cyklus parazita uzavírá a malárie se může dále šířit a infikovat lidi po celém světě.
Vakcína proti malárii:
Komplikovaný životní cyklus Plasmodia představuje výzvu pro vývoj vakcíny proti malárii. Výzkumníci musí určit, na které životní stadium parazita se zaměřit, nebo zda je třeba kombinovat prvky, které se zaměřují na více než jedno životní stadium. Nedávné poznatky nám však dovolují být optimističtí ohledně možnosti vytvoření účinné vakcíny proti malárii.
Malárie se trochu liší od mnoha nemocí, proti kterým se v současnosti očkuje, protože neposkytuje tzv. sterilní imunitu. To znamená, že pokud onemocníte malárií a uzdravíte se, můžete se nakazit znovu a znovu. Skutečnost, že váš imunitní systém v minulosti na malárii reagoval, nezabrání budoucí infekci. To je zcela odlišné od onemocnění, jako jsou spalničky: většina lidí, kteří se spalničkami nakazí, bude vůči budoucí infekci spalničkami doživotně imunní. U malárie existují určité důkazy o určitém stupni přirozeně získané imunity – někdo, kdo v minulosti malárii prodělal, se jí může znovu nakazit, ale pravděpodobně dostane méně závažný případ. V mnoha afrických zemích, kde je malárie běžná, má většina lidí, kteří se malárií znovu nakazí, díky této částečně získané imunitě jen mírné příznaky. To je také důvod, proč je malárie tak smrtelná pro děti mladší pěti let. Tyto děti ještě nezískaly žádnou úroveň imunity vůči parazitům a je u nich mnohem pravděpodobnější, že se u nich vyskytne těžký případ, který může vést ke smrtelným komplikacím. To je navíc také důvod, proč musí být cizinci, kteří se s malárií nikdy nesetkali, velmi opatrní – při prvním nakažení se u nich může objevit velmi vážný případ. A konečně, přirozeně získaná částečná imunita netrvá dlouho. Když totiž někdo žije v Africe celý život a odjede třeba jen na rok, ztratí tuto částečnou imunitu a je opět stejně náchylný k malárii jako ten, kdo se nikdy nenakazil. Jedním z přístupů k vývoji vakcíny proti malárii by tedy bylo pochopit mechanismus částečné imunity a vyvinout vakcínu založenou na tomto principu.
Další cestou, která dala směr výzkumníkům vakcín proti malárii, je koncept očkování živým oslabeným (oslabeným) celým parazitem v jeho sporozoitové formě. Podporu této myšlence přinesla studie z roku 1967, v níž Nussenzweig a spol. imunizovali myši radiačně oslabenými sporozoity Plasmodium berghei (nehumánní forma malárie) a zjistili, že myši byly chráněny při pozdější výzvě infekčními sporozoity.
Přenesením této myšlenky na člověka v roce 2002 Hoffman a spol. ukázali, že mohou použít záření gama k oslabení sporozoitů uvnitř infikovaných komárů rodu Anopheles, a tím téměř úplně ochránit člověka. Lidé byli vystaveni kousnutí infikovaných komárů, kteří do nich vpravili ozářené sporozoity. Sporozoiti mohli cestovat do jaterních buněk, ale nemohli dále dozrávat. Tito oslabení sporozoiti byli stále schopni vyvolat u lidského hostitele imunitní reakci, ale protože se nemohli vyvíjet dále než do jater, hostitel neonemocněl. V důsledku toho, až by příště infikovaný komár přijal krevní potravu od imunizovaného člověka a vstříkl mu sporozoity Plasmodia, imunitní systém by rozpoznal hrozbu a zlikvidoval by parazita dříve, než by způsobil onemocnění.
Tento ozařovací přístup měl dva hlavní nedostatky: nebyl nákladově efektivní a nebyl praktický ve velkém měřítku. Přesto posloužil jako důkaz principu, dal vědcům naději do budoucna a pomohl podnítit velký výzkum v této oblasti.
Současný výzkum
Vědci rozšířili poznatky získané ve studii z roku 2002 a vyvinuli mnoho potenciálních vakcín proti malárii. Namísto pokusů o živou oslabenou vakcínu dnes většina vědců využívá technologie k izolaci a dodávání specifických antigenů ve vakcíně. A protože parazit má tři různá životní stadia, zkoumají se tři různé přístupy k vakcínám.
Přederytematické vakcíny se zaměřují na infekční fázi a jejich cílem je buď zabránit sporozoitům, aby se dostali do jaterních buněk, nebo zničit infikované jaterní buňky. Největší výzvou pro preerytrocytární vakcínu je časový rámec: sporozoiti se dostanou do jater méně než hodinu po vpravení komárem. V důsledku toho má imunitní systém omezený čas na likvidaci parazita. Ačkoli většina potenciálních preerytrocytárních vakcín je stále ve fázi I nebo II zkoušek, jedna vakcína je v současné době ve fázi III zkoušek a ukazuje se jako slibná: vakcína RTS,S. (Všimněte si, že studie fáze I hodnotí bezpečnost, testy fáze II hodnotí dávkování a testy fáze III hodnotí celkovou účinnost. )
Pro vývoj vakcíny RTS,S vývojáři identifikovali protein, který byl nejvíce zodpovědný za ochranu ve studii s ozářenými sporozoity z roku 2002. Tento antigen je znám jako circumsporozoite protein neboli CS protein. Ačkoli tento antigen chrání, sám o sobě není příliš imunogenní, což znamená, že nedokáže dobře stimulovat imunitní odpověď. Vědci proto sloučili povrchový antigen hepatitidy B (antigen zodpovědný za zajištění ochrany ve vakcíně proti hepatitidě B) s antigenem z CS proteinu. Aby vědci ještě více stimulovali imunitní systém, použili sloučeninu zvanou adjuvans, která zvyšuje reakci imunitního systému na antigen. Cílem je vyvolat vysoké hladiny protilátek, které jednak zablokují průnik sporozoitů do jaterních buněk, jednak označí konkrétní infikované buňky ke zničení.
Vakcína RTS,S byla testována ve III. fázi zkoušek v 11 různých afrických zemích. Tyto zkoušky měly určité úspěchy. Nejstarší výsledky, zveřejněné v říjnu 2011, ukázaly, že u dětí ve věku 5-17 měsíců očkování vakcínou RTS,S snížilo riziko klinické malárie o 56 % a těžké malárie o 47 %. Ve výsledcích zveřejněných v listopadu 2012 však byla vakcína méně účinná u dětí ve věku 6-12 týdnů při prvním očkování. V této skupině vedlo očkování vakcínou RTS,S k o třetinu nižšímu počtu případů klinické i těžké malárie. Konečné výsledky studie, která sledovala malé děti po dobu přibližně tří let, ukázaly snížení počtu případů klinické malárie o 26 % u nejmenších dětí až na 36 % u dětí ve věku do 17 měsíců při prvním očkování. V červenci 2015 Evropská agentura pro léčivé přípravky doporučila, aby vakcína byla licencována pro použití u malých dětí v Africe; Světová zdravotnická organizace doporučení k vakcíně zvažuje. Poradní skupina WHO mezitím doporučila pilotní zavedení vakcíny ve 3-5 zemích subsaharské Afriky. Hlavní vývojář vakcíny RTS,S, nezisková organizace Malaria Vaccine Initiative se sídlem v Seattlu ve státě Washington, doufá, že do roku 2025 vyvine ještě lepší vakcínu, která bude účinná z 80 %.
V současné době probíhají zkoušky několika dalších preerytrocytárních vakcín, ale žádná z nich neprokázala takové naděje a úspěch jako RTS,S. Vědci pracují na zlepšení účinnosti vakcíny RTS,S tak, aby byla účinná z více než 50 %, a to pomocí technologie prime boost, adjuvans a optimalizace antigenu.
Erytrocytární vakcíny neboli vakcíny proti krevním stadiím mají za cíl zastavit rychlou invazi a asexuální množení parazita v červených krvinkách. Připomeňme, že krevní stadium je dobou, kdy se objevují příznaky, a je také pro pacienta nejničivější kvůli prasknutí červených krvinek. Vzhledem k obrovskému počtu merozoitů produkovaných během tohoto stadia – na každou infikovanou jaterní buňku se uvolní 40 000 merozoitů – může být cílem vakcíny proti krevnímu stadiu pouze snížení počtu merozoitů infikujících červené krvinky, nikoliv úplné zablokování jejich množení. V současné době neexistuje žádná vakcína proti krevnímu stadiu, která by měla takový úspěch jako vakcína RTS,S, a většina z nich stále prochází fází I nebo II zkoušek.
Naposledy se další typ vakcíny zaměřuje na stadium pohlavního rozmnožování, které probíhá ve střevech komárů. Tento přístup je znám jako vakcína blokující přenos (TBV), protože jejím cílem je usmrtit přenašeče, komára Anopheles, a zastavit tak další šíření parazita. Jedná se o nepřímý přístup k vakcíně, protože nechrání přímo jedince, který se parazitem nakazí, ale spíše zastaví jeho další šíření.
Jednou z kandidátských vakcín TBV je vakcína Pfs25-EPA, kterou vyvíjí laboratoř malarické imunologie a virologie amerického Národního institutu pro alergie a infekční nemoci a Centrum pro výzkum vakcín Univerzity Johnse Hopkinse. Myšlenka této vakcíny spočívá v tom, že pokud si tělo dokáže vytvořit protilátky proti antigenu Pfs25, komár, který přijme krevní potravu, přijme část těchto protilátek do svého žaludku. Tam se protilátky setkají s antigenem, což jim umožní zasáhnout do vývoje a zabít parazita.
Mnozí vědci se nakonec domnívají, že dalším krokem bude kombinace více přístupů k vývoji vakcíny proti malárii. Tyto vakcíny v jednotlivých fázích však musí prokázat účinnost samy o sobě, než vědci vyvinou vakcínu kombinující přístupy. Hlavní problém, kterému budou vědci v budoucnu čelit, navíc spočívá v tom, že nejsou známy žádné koreláty imunity, což znamená, že neexistuje jiná metoda než nákladné klinické zkoušky na lidech, která by prokázala účinnost vakcíny. Ačkoli tedy bylo dosaženo velkého pokroku, vývoj vakcíny proti malárii bude i nadále nákladným a mnohostranným úsilím.