Moskitoer, der bærer den dødelige malariaparasit, har fløjet sammen med mennesker i tusindvis af år, og sygdommen optræder i dokumenterede rapporter så tidligt som 2700 f.Kr. Malaria plager stadig mennesker i dag og forårsager hundredtusinder af dødsfald hvert år.
Malaria forårsages af parasitten Plasmodium, en encellet organisme, der har flere livsstadier og kræver mere end én vært for at overleve. Fem arter af parasitten forårsager sygdom hos mennesker – Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae og P. knowlelsi. Plasmodium falciparum er den farligste stamme hos mennesker og er målet for den meste videnskabelige forskning i dag. I 2002 lykkedes det forskerne at sekventere P. falciparums genom, hvilket har gjort det muligt for forskerne at gøre store fremskridt med hensyn til bedre at forstå, hvordan man kan bekæmpe den.
Navnet malaria kommer af mal’aria, som er italiensk og betyder “dårlig luft”. Før udviklingen af kimteorien i slutningen af 1800-tallet troede mange mennesker, at sygdommen blev overført via miasmer, eller forurenet luft. I 1897 opdagede den britiske læge Ronald Ross, at myggene var de vektorer, der overfører sygdommen. Forskerne fandt derefter ud af, at det kun er hunmyggen Anopheles-myggen, der overfører parasitten (hannerne lever ikke af blod). Hunnerne af 60 forskellige arter af Anopheles-myg kan fungere som malariavektorer.
Mere end halvdelen af verdens befolkning lever i områder, der er sårbare over for malaria, med tilfælde dokumenteret i mere end 109 lande, og den højeste dødelighed (ca. 89 % af alle dødsfald) forekommer i Afrika. Parasitten inficerer ca. 220 millioner mennesker hvert år. Desuden er børn under fem år, gravide kvinder og personer med hiv/aids mest udsat for alvorlig sygdom og død.
Malarias lange historie omfatter mange historiske forsøg på at besejre den. Kinin, et stof, der stammer fra barken af cinchona-træet, har været kendt for at være effektivt mod malaria siden 1600-tallet. Efter at man havde forstået myggenes rolle i malariaoverførslen, fokuserede forskerne på vektorkontrol. De antog, at de ved at dræbe vektoren kunne standse smittecyklussen ved at dræbe vektoren. Derfor kom DDT og andre insekticider på mode i midten af 1900-tallet og er blevet anvendt lige siden. Søvnnet til beskyttelse af sovende personer mod myggestik er en anden form for vektorkontrol, som ikke blot er effektiv, men også yderst omkostningseffektiv. Endelig har udviklingen af flere forskellige lægemidler mod malaria ændret den måde, som rejsende ser på malaria-endemiske lande og den risiko, der er forbundet med rejser generelt. Faktisk er de anslåede dødsfald som følge af malaria faldet med 13 % fra 755 000 i 2000 til 655 000 i 2010, hvilket sandsynligvis skyldes alle de ovennævnte foranstaltninger. Antallet af sygdomstilfælde faldt også, om end mindre dramatisk, fra 223 millioner i 2000 til ca. 216 millioner i 2010.
Med al denne udvikling, hvorfor er malaria så stadig et problem? Fremkomsten af resistens over for lægemidler og insekticider er et stort problem. Malariaparasitten har overlevet i mere end 50.000 år, og den naturlige udvælgelse favoriserer stammer af organismen med mutationer, der hjælper dem til at undgå trusler. I dag ser vi flere og flere lægemiddelresistente parasitter og insekticidresistente myg. Der er en global indsats i gang i den næste æra inden for malariaprævention: udvikling af malariavacciner, der har potentiale til at redde utallige liv, og som i sidste ende kan bidrage til at udrydde denne historiske plage.
Plasmodiums livscyklus
Malaria ligner ingen anden smitsom sygdom, som vi allerede har skabt en vellykket vaccine mod. Den mest bemærkelsesværdige af disse forskelle er, at malaria overføres via en parasit, der gennemløber flere livsstadier, som hver især udgør en unik udfordring for vaccineudviklerne. De tre stadier i Plasmodiums livscyklus kan opdeles i to forskellige kategorier – i de to første gennemgår parasitten aseksuel reproduktion i værtens krop, og i det tredje gennemgår den seksuel reproduktion i myggenes vektortarm. Fordi parasitten kan reproducere sig både aseksuelt og seksuelt, har den mange fordele i forhold til de virus og bakterier, som vi i øjeblikket vaccinerer mod.
De tre stadier i Plasmodiums livscyklus er (1) det præ-erytrocytiske stadie, bedre kendt som leverstadiet, eller stadiet før parasitten inficerer menneskets røde blodlegemer, (2) det erytrocytiske stadie, eller blodstadiet, når parasitten inficerer de røde blodlegemer, og (3) det seksuelle stadie, det stadie, hvor parasitten er blevet optaget af en myg og formerer sig seksuelt i myggenes tarm.
Det er vigtigt at huske, at hvert livsstadie forekommer i en anden del af det inficerede menneske eller den inficerede vektor. For det første, når en myg, der er inficeret med Plasmodium, bider en menneskelig vært, går parasitten direkte til leveren. For det andet vil parasitten, når den er modnet i leveren, gå ind i blodbanen og invadere blodceller. Endelig vil den, når den er klar til at inficere den næste vært, blive suget op af en anden hun af en Anopheles-myg og reproducere sig seksuelt i myggenes tarm.
Hvor vi går i detaljer med, hvordan en vaccine kan forebygge malaria, er det nyttigt at gennemgå faserne i parasittens livscyklus. Den første form er kendt som sporozoit (udtales spore-o-zo-it). Når en myg, der indeholder malariaparasitten, bider en person, kommer parasitten ind i menneskets krop som en sporozoit. Når sporozoitten når frem til leveren, inficerer den hurtigt levercellerne og gennemgår flere omgange af aseksuel reproduktion for at producere merozoitter (udtales mer-o-zo-ites). Disse udviklinger udgør alle den præ-erytrocytiske fase af parasittens livscyklus. Én sporozoit kan aseksuelt reproducere sig og danne op til 40.000 merozoitter, et antal, der er stort nok til at udfordre immunsystemets evne til at kontrollere parasitten alvorligt.
Det erythrocytiske stadium er det næste stadium, der indtræffer, når merozoitterne forlader levercellerne og kommer ind i blodbanen. Her inficerer en merozoit en rød blodcelle og begynder aseksuelt at reproducere sig og frigive hundredvis af nye merozoitter. Det er på dette stadium, at en person begynder at få symptomer som malaria-associeret periodisk feber. Symptomerne er resultatet af sprængningen af de røde blodlegemer, hvilket er grunden til, at symptomerne ofte forekommer periodisk – når parasitten er inde i den røde blodlegeme og reproducerer sig, vil feberen falde, og patienten ser ud til at få det bedre, men vil starte igen, når merozoitterne frigives.
I det tredje stadium, eller det seksuelle stadium, vil nogle få merozoit-inficerede blodceller ophøre med at reproducere sig aseksuelt og i stedet modnes til seksuelle former af parasitterne – kendt som mandlige og kvindelige gametocytter (udtales gam-eat-o-cytter). I et mikroskop kan P. falciparum-gametocytter skelnes ved deres unikke bananform. Når en Anopheles-myg bider et menneske, der har malaria, optager den gametocytterne sammen med blodet. Disse gametocytter er derefter i stand til at reproducere sig yderligere seksuelt i myggens tarm, idet de udvikler sig til modne kønsceller eller gameter og til sidst smelter sammen, når de bevæger sig op ad myggens tarmvæg og bliver til en oocyst. Oocysten vokser, deler sig og sprænger til sidst og producerer tusindvis af haploide sporozoitter, som bevæger sig til myggenes spytkirtler for at blive sprøjtet ind i det næste individ under myggenes næste blodmåltid. (Hvis du husker det, er sporozoitten den form af parasitten, der inficerer leveren). På den måde slutter parasittens livscyklus sig, hvilket gør det muligt for malaria at fortsætte med at sprede sig og inficere mennesker over hele verden.
En malariavaccine: En immunologisk tilgang mod parasitten
Plasmodiums komplicerede livscyklus udgør en udfordring for udviklingen af malariavaccine. Forskerne skal afgøre, hvilket livsstadie af parasitten der skal være målrettet, eller om vaccinen skal kombinere elementer, der er målrettet mod mere end ét livsstadie. De seneste resultater giver os dog mulighed for at være optimistiske med hensyn til muligheden for en effektiv malariavaccine.
Malaria adskiller sig en smule fra mange af de sygdomme, som vi i øjeblikket vaccinerer mod, fordi den ikke giver såkaldt steril immunitet. Det betyder, at hvis man bliver syg af malaria og kommer sig, kan man blive smittet igen og igen. Det faktum, at dit immunsystem tidligere har reageret på malaria, forhindrer ikke en fremtidig infektion. Dette er meget forskelligt fra en sygdom som f.eks. mæslinger: de fleste mennesker, der får mæslinger, vil være immune mod fremtidig mæslingeinfektion resten af livet. Med hensyn til malaria er der visse tegn på en vis grad af naturligt erhvervet immunitet – en person, der tidligere har haft malaria, kan stadig få det igen, men hun vil sandsynligvis få et mindre alvorligt tilfælde. I mange afrikanske lande, hvor malaria er almindeligt forekommende, oplever de fleste mennesker, der bliver smittet med malaria igen, kun milde symptomer på grund af denne delvist erhvervede immunitet. Dette er også grunden til, at malaria er så dødbringende for børn under fem år. Disse børn har endnu ikke erhvervet nogen form for immunitet over for parasitten, og de er meget mere tilbøjelige til at opleve et alvorligt tilfælde, der kan føre til dødelige komplikationer. Det er desuden også grunden til, at udlændinge, der aldrig har oplevet malaria, skal være meget forsigtige – de kan udvikle et meget alvorligt tilfælde, når de først bliver smittet. Endelig varer den naturligt erhvervede delvise immunitet ikke længe. Faktisk vil en person, der har boet i Afrika hele sit liv og rejser væk i bare et år, miste denne delvise immunitet og igen være lige så sårbar over for malaria som en person, der aldrig har været smittet. Så en metode til udvikling af en malariavaccine ville være at forstå mekanismen for delvis immunitet og udvikle en vaccine baseret på dette princip.
En anden vej, som har givet forskerne i malariavacciner retning, er konceptet om at immunisere med en levende svækket (svækket) hel parasit i dens sporozoitform. Støtte til denne idé kom i en undersøgelse fra 1967, hvor Nussenzweig et al. immuniserede mus med stråleaktiverede sporozoitter af Plasmodium berghei (en ikke-menneskelig form for malaria) og så, at musene var beskyttet ved en senere udfordring med infektiøse sporozoitter.
I 2002 tilpassede Hoffman et al. denne idé til mennesker og viste i 2002, at de kunne bruge gammastråling til at svække sporozoitterne i inficerede Anopheles-myg og dermed næsten fuldstændigt beskytte mennesker. Menneskelige forsøgspersoner blev udsat for bid fra inficerede myg, som injicerede de bestrålede sporozoitter i forsøgspersonerne. Sporozoitterne kunne bevæge sig ind i levercellerne, men kunne ikke modnes yderligere. Disse svækkede sporozoitter var stadig i stand til at fremkalde et immunrespons hos den menneskelige vært, men da de ikke kunne udvikle sig længere end til leveren, ville værten ikke blive syg. Som følge heraf ville immunsystemet, næste gang en inficeret myg tog et blodmåltid fra den immuniserede person og injicerede personen med Plasmodium sporozoitter, genkende truslen og eliminere parasitten, før den forårsagede sygdom.
Denne bestrålingsmetode havde to store mangler: den var ikke omkostningseffektiv og ikke praktisk anvendelig i stor skala. Ikke desto mindre fungerede den som et principbevis, der gav forskerne håb for fremtiden og var med til at stimulere en stor del af forskningen på området.
Aktuel forskning
Forskere har udvidet det, der blev lært i undersøgelsen fra 2002, for at udvikle mange potentielle malariavacciner. I stedet for at forsøge sig med en levende svækket vaccine anvender de fleste forskere i dag teknologier til at isolere og levere specifikke antigener i en vaccine. Og da parasitten har tre forskellige livsstadier, er der tre forskellige vaccinetilgange, der undersøges.
Pre-erythrocytiske vacciner er rettet mod den infektiøse fase og sigter enten mod at forhindre sporozoitterne i at komme ind i levercellerne eller mod at ødelægge inficerede leverceller. Den største udfordring for en præ-erytrocytisk vaccine er tidsrammen: sporozoitterne når leveren mindre end en time efter, at de er blevet injiceret af myggen. Som følge heraf har immunsystemet kun begrænset tid til at eliminere parasitten. Selv om de fleste af de potentielle præ-erytrocytiske vacciner stadig er i fase I- eller fase II-forsøg, er der en vaccine, der i øjeblikket er i fase III-forsøg, og som er lovende: RTS,S-vaccinen. (Bemærk, at fase I-undersøgelser evaluerer sikkerheden, fase II-forsøg evaluerer doseringen, og fase III-forsøg vurderer den samlede effektivitet. )
Med henblik på at udvikle RTS,S-vaccinen identificerede udviklerne det protein, der var mest ansvarlig for beskyttelsen i forsøget med bestrålede sporozoitter fra 2002. Dette antigen er kendt som circumsporozoitprotein eller CS-protein. Selv om dette antigen er beskyttende, er det ikke særlig immunogent i sig selv, hvilket betyder, at det ikke er godt til at stimulere et immunrespons. Forskerne fusionerede derfor Hepatitis B-overfladeantigenet (det antigen, der er ansvarlig for at give beskyttelse i Hepatitis B-vaccinen) med et antigen fra CS-proteinet. For at stimulere immunsystemet yderligere anvendte forskerne et stof, der kaldes en adjuvans, som øger immunsystemets reaktion på antigenet. Målet er at fremkalde et højt niveau af antistoffer, der både skal forhindre sporozoitterne i at trænge ind i levercellerne og markere specifikke inficerede celler med henblik på destruktion.
RTS,S-vaccinen blev afprøvet i fase III-forsøg i 11 forskellige afrikanske lande. Disse forsøg har haft visse succeser. De tidligste resultater, der blev offentliggjort i oktober 2011, viste, at vaccination med RTS,S hos børn i alderen 5-17 måneder reducerede risikoen for klinisk malaria og alvorlig malaria med henholdsvis 56 % og 47 %. Resultater, der blev offentliggjort i november 2012, viste imidlertid, at vaccinen var mindre effektiv hos spædbørn i alderen 6-12 uger ved første vaccination. I denne gruppe førte vaccination med RTS,S til en tredjedel færre episoder af både klinisk og alvorlig malaria. De endelige resultater af forsøget, som fulgte små børn i ca. tre år, viste en reduktion af kliniske malariatilfælde med 26 % for de yngste børn til 36 % for børn op til 17 måneder ved første vaccination. I juli 2015 anbefalede Det Europæiske Lægemiddelagentur, at vaccinen godkendes til brug hos små børn i Afrika; Verdenssundhedsorganisationen overvejer anbefalingen om vaccinen. I mellemtiden har en rådgivende WHO-gruppe anbefalet pilotimplementering af vaccinen i 3-5 afrikanske lande syd for Sahara. Hovedudvikleren af RTS,S, Malaria Vaccine Initiative, en nonprofitorganisation med hjemsted i Seattle, Washington, har håb om at udvikle en endnu bedre vaccine, der er 80 % effektiv inden 2025.
Der er flere andre præ-erytrocytiske vacciner under forsøg, men ingen har vist samme løfte eller succes som RTS,S. Forskerne arbejder på at forbedre effektiviteten af RTS,S-vaccinen for at få den til at være mere end 50 % effektiv ved at anvende prime boost-teknologi, adjuvanser og antigenoptimering.
Erythrocytiske vacciner, eller vacciner på blodstadiet, har til formål at stoppe parasittens hurtige invasion og aseksuelle formering i de røde blodlegemer. Husk på, at blodstadiet er det tidspunkt, hvor symptomerne opstår, og at det også er det mest ødelæggende for patienten på grund af sprængningen af røde blodlegemer. På grund af det enorme antal merozoitter, der produceres i denne fase – 40 000 merozoitter frigives for hver inficeret levercelle – kan en vaccine til blodstadiet kun sigte mod at reducere antallet af merozoitter, der inficerer røde blodlegemer, snarere end at blokere deres reproduktion fuldstændigt. I øjeblikket findes der ingen vacciner til blodstadiet, der har haft samme succes som RTS,S-vaccinen, og de fleste er stadig under fase I- eller II-forsøg.
Endeligt er der en anden type vaccine, der er rettet mod det stadium af den seksuelle formering, der finder sted i myggenes tarm. Denne fremgangsmåde er kendt som en vaccine, der blokerer for transmission (TBV), fordi den har til formål at dræbe vektoren, Anopheles-myggen, for at stoppe yderligere spredning af parasitten. Det er en indirekte tilgang til en vaccine, fordi den ikke direkte beskytter den person, der får parasitten, men snarere stopper den fortsatte spredning.
En TBV-vaccinkandidat er Pfs25-EPA, som er ved at blive udviklet af US National Institute of Allergy and Infectious Diseases Laboratory of Malaria Immunology and Virology og Johns Hopkins University Center for Vaccine Research. Ideen bag denne vaccine er, at hvis kroppen kan udvikle antistoffer mod Pfs25-antigenet, vil en myg, der tager et blodmåltid, optage nogle af disse antistoffer i sin mave. Der vil antistofferne støde på antigenet, så de kan gribe ind i udviklingen og dræbe parasitten.
I sidste ende mener mange forskere, at det næste skridt er at kombinere flere metoder for at udvikle en malariavaccine. Men disse vacciner i de enkelte faser skal vise sig effektive hver for sig, før forskerne kan udvikle en vaccine, der kombinerer tilgange. Desuden er den største udfordring, som forskerne vil stå over for i fremtiden, at der ikke findes nogen kendte korrelater for immunitet, hvilket betyder, at der ikke findes nogen anden metode end dyre kliniske forsøg på mennesker til at påvise en vaccines effektivitet. Selv om der er gjort store fremskridt, vil udviklingen af malariavacciner således fortsat være en kostbar og flerdimensional indsats.