A halálos malária parazitát hordozó szúnyogok évezredek óta az ember mellett repkednek, és a betegség már i.e. 2700-ban dokumentált jelentésekben szerepel.A malária ma is sújtja az embereket, évente több százezer halálesetet okozva.
A maláriát a Plasmodium parazita okozza, egy olyan egysejtű szervezet, amelynek több életszakasza van, és egynél több gazdatestre van szüksége a túléléshez. A parazita öt faja okoz betegséget az emberben: Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae és P. knowlelsi. A Plasmodium falciparum a legveszélyesebb törzs az emberre, és ma a legtöbb tudományos kutatás célpontja. 2002-ben a tudósoknak sikerült szekvenálniuk a P. falciparum genomját, ami lehetővé tette a kutatók számára, hogy nagy előrelépéseket tegyenek a célzott kezelés módozatainak jobb megértésében.
A malária elnevezés a mal’aria szóból származik, ami olaszul “rossz levegőt” jelent. A baktériumelmélet 1800-as évek végi kidolgozása előtt sokan úgy gondolták, hogy a betegséget a miazmák, vagyis a szennyezett levegő közvetíti. 1897-re Ronald Ross brit orvos felfedezte, hogy a szúnyogok a betegséget terjesztő vektorok. A tudósok ezután megállapították, hogy csak a nőstény Anopheles-szúnyogok terjesztik a parazitát (a hímek nem táplálkoznak vérrel). Az Anopheles-szúnyogok 60 különböző fajának nőstényei szolgálhatnak a malária vektoraként.
A világ népességének több mint fele a maláriának kitett területeken él, több mint 109 országban dokumentáltak megbetegedéseket, és a legmagasabb halálozási arány (az összes halálozás mintegy 89%-a) Afrikában fordul elő. A parazita évente mintegy 220 millió embert fertőz meg. Ráadásul az öt év alatti gyermekek, a terhes nők és a HIV/AIDS-fertőzöttek vannak leginkább kitéve a súlyos megbetegedés és halálozás veszélyének.
A malária hosszú története számos történelmi kísérletet tartalmaz a legyőzésére. A kininin, a cinchona fa kérgéből nyert anyag, az 1600-as évek óta ismert, hogy hatékony a malária ellen. Miután megértették a szúnyogok szerepét a malária terjedésében, a tudósok a vektorok elleni védekezésre összpontosítottak. Feltételezték, hogy a vektorok megölésével megállíthatják a fertőzés körforgását. Ennek következtében a DDT és más rovarölő szerek az 1900-as évek közepén divatba jöttek, és azóta is használják őket. Az alvó embereket a szúnyogcsípésektől védő ágyhálók a vektorok elleni védekezés egy másik formája, amely nemcsak hatékony, hanem rendkívül költséghatékony is. Végül, a különböző maláriaellenes gyógyszerek kifejlesztése megváltoztatta az utazók malária-endémiás országokról és általában az utazással járó kockázatokról alkotott képét. Valójában – és valószínűleg a fenti intézkedéseknek köszönhetően – a malária okozta halálesetek száma a becslések szerint 13%-kal, a 2000. évi 755 000-ről 2010-re 655 000-re csökkent. A betegség esetei is csökkentek, bár kevésbé drámaian, a 2000. évi 223 millióról 2010-re körülbelül 216 millióra.
Mindezen fejlemények mellett miért marad a malária továbbra is probléma? A gyógyszerekkel és rovarölő szerekkel szembeni rezisztencia kialakulása komoly aggodalomra ad okot. A malária parazita több mint 50 000 éve fennmaradt, és a természetes szelekció előnyben részesíti a szervezet olyan mutációkkal rendelkező törzseit, amelyek segítenek elkerülni a fenyegetéseket. Napjainkban egyre több gyógyszerrezisztens parazitával és rovarölőszer-rezisztens szúnyoggal találkozunk. Globális erőfeszítések folynak a malária megelőzésének következő korszakában: a malária elleni vakcinák kifejlesztésében, amelyek számtalan életet menthetnek meg, és amelyek végső soron segíthetnek felszámolni ezt a történelmi csapást.
A Plasmodium életciklusa
A malária nem hasonlít egyetlen olyan fertőző betegséghez sem, amely ellen már sikerült sikeres vakcinát létrehozni. E különbségek közül a legjelentősebb, hogy a malária egy olyan parazita révén terjed, amely több életszakaszon megy keresztül, amelyek mindegyike egyedi kihívást jelent a vakcina fejlesztői számára. A Plasmodium életciklusának három szakasza két különböző kategóriába sorolható – az első kettőben a parazita aszexuális szaporodáson megy keresztül a gazdaszervezet testében, a harmadikban pedig szexuális szaporodáson a szúnyog vektor bélrendszerében. Mivel a parazita mind aszexuálisan, mind szexuálisan képes szaporodni, számos előnye van azokkal a vírusokkal és baktériumokkal szemben, amelyek ellen jelenleg vakcinázunk.
A Plasmodium életciklusának három szakasza a következő: (1) a preeritrocitikus szakasz, ismertebb nevén a májstádium, vagyis az a szakasz, mielőtt a parazita megfertőzi az emberi vörösvértesteket, (2) az eritrocitikus szakasz, vagyis a vérstádium, amikor a parazita a vörösvértesteket fertőzi, és (3) a szexuális szakasz, vagyis az a szakasz, amikor a parazita már felvett egy szúnyogot és szexuálisan szaporodik a szúnyog bélrendszerében.
Nem szabad elfelejteni, hogy az egyes életszakaszok a fertőzött ember vagy vektor más-más részében játszódnak le. Először is, amikor egy Plasmodiummal fertőzött szúnyog megcsípi az emberi gazdatestet, a parazita közvetlenül a májba kerül. Másodszor, miután a parazita megérett a májban, belép a véráramba, és behatol a vérsejtekbe. Végül, amikor készen áll a következő gazdatest megfertőzésére, egy másik nőstény Anopheles-szúnyog felszippantja, és a szúnyog bélrendszerében szexuálisan szaporodik.
Mielőtt részleteznénk, hogyan lehetne egy vakcinával megelőzni a maláriát, hasznos áttekinteni a parazita életciklusának szakaszait. Az első formát sporozoitának (ejtsd: spore-o-zo-it) nevezik. Amikor a maláriaparazitát tartalmazó szúnyog megcsíp egy embert, a parazita sporozoitaként jut be az ember szervezetébe. Amint a sporozoita eljut a májba, gyorsan megfertőzi a májsejteket, és többszörös ivartalan szaporodáson megy keresztül, hogy merozoitákat (ejtsd: mer-o-zo-itákat) termeljen. Ezek a fejlemények alkotják a parazita életciklusának pre-eritrocita szakaszát. Egy sporozoit aszexuális szaporodással akár 40 000 merozoitát is létrehozhat, ami elég nagy szám ahhoz, hogy komolyan megkérdőjelezze az immunrendszer képességét a parazita ellenőrzésére.
A következő szakasz az eritrocita szakasz, amely akkor következik be, amikor a merozoiták elhagyják a májsejteket és a véráramba kerülnek. Itt egy merozoita megfertőz egy vörösvérsejtet, és megkezdi aszexuális szaporodását, valamint új merozoiták százainak kibocsátását. Ez az a szakasz, amikor az egyénnél olyan tünetek jelentkeznek, mint a maláriával összefüggő időszakos láz. A tünetek a vörösvértestek kipukkadásából erednek, ezért a tünetek gyakran periodikusan jelentkeznek – amikor a parazita a vörösvértestben szaporodik, a láz csökken, és a beteg látszólag javulni fog, de a merozoiták felszabadulásakor újra kezdődik.
A harmadik szakaszban, vagyis az ivaros szakaszban néhány merozoitával fertőzött vérsejt abbahagyja az aszexuális szaporodást, és helyette a paraziták ivaros alakjaivá – hím- és női gametocitáknak (ejtsd: gam-eat-o-cyták) nevezett – érik. Mikroszkóp alatt a P. falciparum gametociták megkülönböztethetők egyedi banán alakjukról. Amikor egy Anopheles-szúnyog megcsíp egy maláriás embert, a vérrel együtt felveszi a gametocitákat is. Ezek a gametociták ezután képesek tovább szaporodni a szúnyog bélrendszerében, érett ivarsejtekké vagy ivarsejtekké fejlődnek, és végül a szúnyog bélfalában felfelé haladva összeolvadnak, hogy oocisztává alakuljanak. Az oociszta növekszik, osztódik, végül szétrobban, és több ezer haploid sporozitát termel, amelyek a szúnyog nyálmirigyébe jutnak, hogy a szúnyog következő vérétkezésénél bejuttassák a következő egyedbe. (Ha emlékeznek rá, a sporozoita a parazita azon formája, amely a májat fertőzi meg.) Így a parazita életciklusa bezárul, lehetővé téve, hogy a malária tovább terjedjen és megfertőzze az embereket szerte a világon.
A malária elleni vakcina: Egy immunológiai megközelítés a parazita ellen
A Plasmodium bonyolult életciklusa kihívást jelent a malária elleni vakcina fejlesztésében. A kutatóknak meg kell határozniuk, hogy a parazita melyik életszakaszát célozzák meg, vagy hogy a vakcinának olyan elemeket kell-e kombinálnia, amelyek egynél több életszakaszt céloznak meg. A legújabb eredmények azonban lehetővé teszik, hogy optimisták legyünk egy hatékony malária elleni vakcina lehetőségét illetően.
A malária egy kicsit különbözik sok olyan betegségtől, amelyek ellen jelenleg vakcinázunk, mivel nem biztosít úgynevezett steril immunitást. Ez azt jelenti, hogy ha valaki megbetegszik maláriában és felépül, újra és újra megfertőződhet. Az a tény, hogy az Ön immunrendszere a múltban reagált a maláriára, nem akadályozza meg a jövőbeni fertőzést. Ez nagyban különbözik egy olyan betegségtől, mint a kanyaró: a legtöbb ember, aki kanyaróban megbetegszik, egy életre immunis lesz a jövőbeli kanyarófertőzéssel szemben. A malária esetében van némi bizonyíték a természetes úton szerzett immunitás bizonyos fokára – valaki, aki a múltban már elkapta a maláriát, újra elkaphatja, de valószínűleg kevésbé súlyos betegséget fog kapni. Sok afrikai országban, ahol a malária gyakori, a legtöbb ember, aki újra megfertőződik maláriával, csak enyhe tüneteket tapasztal, ennek a részleges szerzett immunitásnak köszönhetően. Ez az oka annak is, hogy a malária olyan halálos az öt év alatti gyermekek számára. Ezek a gyermekek még semmilyen szintű immunitást nem szereztek a parazitával szemben, és sokkal nagyobb valószínűséggel tapasztalnak súlyos megbetegedést, amely végzetes szövődményekhez vezethet. Ráadásul ez az oka annak is, hogy azoknak a külföldieknek, akik még soha nem találkoztak maláriával, nagyon óvatosnak kell lenniük – nagyon súlyos betegség alakulhat ki náluk, amikor először fertőződnek meg. Végül a természetes úton szerzett részleges immunitás nem tart sokáig. Valójában, ha valaki egész életében Afrikában élt, és akár csak egy évre is elmegy, elveszíti ezt a részleges védettséget, és ismét ugyanolyan sebezhetővé válik a maláriával szemben, mint az, aki soha nem fertőződött meg. A malária elleni vakcina kifejlesztésének egyik megközelítése tehát a részleges immunitás mechanizmusának megértése és egy ezen az elven alapuló vakcina kifejlesztése lenne.
A másik út, amely irányt adott a malária elleni vakcina kutatóinak, az élő attenuált (legyengített), sporozoita formában lévő teljes parazitával való immunizálás koncepciója. Ezt az elképzelést egy 1967-es tanulmány támasztotta alá, amelyben Nussenzweig és munkatársai egereket immunizáltak sugárzással hígított Plasmodium berghei (a malária nem emberi formája) sporozoitákkal, és azt látták, hogy az egerek védettek voltak a fertőző sporozoitákkal való későbbi kihívás során.
2002-ben Hoffman és munkatársai ezt az ötletet az emberre adaptálva kimutatták, hogy gamma-sugárzással gyengíteni tudják a sporozoitákat a fertőzött Anopheles-szúnyogok belsejében, és így szinte teljesen megvédik az embert. Az emberi alanyokat fertőzött szúnyogok csípésének tették ki, amelyek a besugárzott sporozoitákat befecskendezték az alanyokba. A sporozoiták bejutottak a májsejtekbe, de nem tudtak tovább érni. Ezek a legyengült sporozoiták még mindig képesek voltak immunválaszt kiváltani az emberi gazdatestben, de mivel a májnál tovább nem tudtak fejlődni, a gazdatest nem betegedett meg. Ennek eredményeként, amikor legközelebb egy fertőzött szúnyog vért evett az immunizált személytől, és Plasmodium sporozoitákat fecskendezett az illetőbe, az immunrendszer felismerte a fenyegetést, és elpusztította a parazitát, mielőtt az betegséget okozott volna.
Ez a besugárzási módszer két fő hibával rendelkezett: nem volt költséghatékony és nagy mennyiségben nem volt kivitelezhető. Mindazonáltal elvi bizonyítékként szolgált, reményt adva a tudósoknak a jövőre nézve, és segítve a terület nagyszámú kutatásának ösztönzését.
A jelenlegi kutatások
A tudósok a 2002-es tanulmányban tanultak alapján számos lehetséges malária elleni vakcinát fejlesztettek ki. Ahelyett, hogy élő attenuált vakcinával próbálkoznának, a legtöbb tudós ma olyan technológiákat használ, amelyekkel specifikus antigéneket izolálnak és juttatnak a vakcinába. És mivel a parazitának három különböző életszakasza van, három különböző vakcina-megközelítést vizsgálnak.
A preeritrocitikus vakcinák a fertőző fázist célozzák, és vagy a sporozoiták májsejtekbe jutásának megakadályozását, vagy a fertőzött májsejtek elpusztítását célozzák. A pre-eritrocita vakcina legjelentősebb kihívása az időkeret: a sporozoiták kevesebb mint egy órával a szúnyog általi befecskendezés után érik el a májat. Ennek következtében az immunrendszernek korlátozott idő áll rendelkezésére a parazita eliminálására. Bár a potenciális pre-eritrocita vakcinák többsége még az I. vagy II. fázisú kísérletek fázisában van, egy vakcina jelenleg a III. fázisú kísérletek fázisában van, és ígéretesnek tűnik: az RTS,S vakcina. (Megjegyzendő, hogy az I. fázisú vizsgálatok a biztonságosságot, a II. fázisú vizsgálatok az adagolást, a III. fázisú vizsgálatok pedig az általános hatékonyságot értékelik. )
Az RTS,S vakcina kifejlesztéséhez a fejlesztők azonosították azt a fehérjét, amely a 2002-es, besugárzott sporozoitákkal végzett kísérletben a leginkább felelős volt a védelemért. Ezt az antigént circumsporozoitafehérjének vagy CS-fehérjének nevezik. Bár ez az antigén védelmet nyújt, önmagában nem túl immunogén, ami azt jelenti, hogy nem alkalmas az immunválasz serkentésére. Ezért a tudósok a Hepatitis B felszíni antigént (a Hepatitis B vakcinában a védelmet biztosító antigént) a CS fehérje antigénjével fuzionálták. Az immunrendszer további stimulálása érdekében a tudósok egy adjuvánsnak nevezett vegyületet alkalmaztak, amely fokozza az immunrendszer válaszát az antigénre. A cél az, hogy magas szintű antitesteket indukáljanak, amelyek egyrészt megakadályozzák, hogy a sporozoiták bejussanak a májsejtekbe, másrészt megjelölik a specifikus fertőzött sejteket pusztítás céljából.
Az RTS,S vakcinát 11 különböző afrikai országban tesztelték a III. fázisú vizsgálatokban. Ezek a kísérletek bizonyos sikereket hoztak. A legkorábbi, 2011 októberében közzétett eredmények azt mutatták, hogy 5-17 hónapos gyermekeknél az RTS,S vakcinával történő oltás 56%-kal, illetve 47%-kal csökkentette a klinikai malária és a súlyos malária kockázatát. A 2012 novemberében közzétett eredmények szerint azonban a vakcina az első oltáskor 6-12 hetes csecsemőknél kevésbé volt hatékony. Ebben a csoportban az RTS,S vakcinázás egyharmaddal kevesebb klinikai és súlyos malária epizódot eredményezett. A kisgyermekeket mintegy három éven át nyomon követő vizsgálat végleges eredményei azt mutatták, hogy a klinikai maláriaesetek száma a legfiatalabb gyermekek esetében 26%-kal, a 17 hónapos korig terjedő gyermekek esetében pedig 36%-kal csökkent az első oltáskor. 2015 júliusában az Európai Gyógyszerügynökség javasolta, hogy a vakcinát engedélyezzék kisgyermekeknél Afrikában; az Egészségügyi Világszervezet megfontolja a vakcinára vonatkozó ajánlást. Időközben a WHO tanácsadó csoportja a vakcina kísérleti bevezetését javasolta 3-5 szubszaharai afrikai országban. Az RTS,S fő fejlesztője, a malária elleni oltóanyag-kezdeményezés, egy Seattle-ben, Washingtonban működő nonprofit szervezet, azt reméli, hogy 2025-re még jobb, 80%-os hatékonyságú oltóanyagot tud kifejleszteni.
Már több más, a véralvadás előtti vakcina is tesztelés alatt áll, de egyik sem bizonyult olyan ígéretesnek vagy sikeresnek, mint az RTS,S. A tudósok az RTS,S vakcina hatékonyságának javításán dolgoznak, hogy a primer boost technológia, az adjuvánsok és az antigén optimalizálása révén több mint 50%-os hatékonyságot érjenek el.
Az eritrocita vakcinák vagy vérstádiumú vakcinák célja, hogy megállítsák a parazita gyors invázióját és aszexuális szaporodását a vörösvértestekben. Emlékezzünk arra, hogy a vérstádium az az időpont, amikor a tünetek megjelennek, és egyben a vörösvértestek szétrobbanása miatt a legpusztítóbb a beteg számára. Az ebben a szakaszban termelődő merozoiták hatalmas száma miatt – minden egyes fertőzött májsejtre 40 000 merozoita szabadul fel – a vérstádiumban alkalmazott vakcina célja csak a vörösvértesteket megfertőző merozoiták számának csökkentése lehet, nem pedig a szaporodásuk teljes blokkolása. Jelenleg nincs olyan vérfázisú vakcina, amely olyan sikeres lenne, mint az RTS,S vakcina, és a legtöbb még mindig az I. vagy II. fázisú vizsgálatok alatt áll.
Végezetül, egy másik típusú vakcina az ivaros szaporodásnak azt a szakaszát célozza meg, amely a szúnyog bélrendszerében zajlik. Ezt a megközelítést transzmissziót gátló vakcinának (TBV) nevezik, mivel célja a vektor, az Anopheles szúnyog elpusztítása, hogy megállítsa a parazita további terjedését. Ez a vakcina közvetett megközelítése, mivel nem védi meg közvetlenül azt az egyént, aki elkapja a parazitát, hanem inkább a további terjedést akadályozza meg.
A TBV egyik vakcinajelöltje a Pfs25-EPA, amelyet az amerikai Nemzeti Allergia- és Fertőző Betegségügyi Intézet Malária Immunológiai és Virológiai Laboratóriuma és a Johns Hopkins Egyetem Vakcinakutató Központja fejleszt. A vakcina lényege, hogy ha a szervezet képes ellenanyagokat kifejleszteni a Pfs25 antigén ellen, akkor a vérrel táplálkozó szúnyog ezekből az ellenanyagokból felvesz valamennyit a gyomrába. Ott az antitestek találkoznak az antigénnel, lehetővé téve számukra, hogy beavatkozzanak a fejlődésbe és elpusztítsák a parazitát.
Végeredményben sok tudós úgy gondolja, hogy a következő lépés az, hogy többféle megközelítést kombinálnak a malária elleni vakcina kifejlesztéséhez. Ezeknek az egyes stádiumú vakcináknak azonban önmagukban is hatékonyságot kell mutatniuk, mielőtt a tudósok kifejlesztik a megközelítéseket kombináló vakcinát. Ráadásul a legnagyobb kihívás, amellyel a tudósoknak a jövőben szembe kell nézniük, az, hogy az immunitásnak nincsenek ismert korrelátumai, ami azt jelenti, hogy az embereken végzett költséges klinikai vizsgálatokon kívül nincs más módszer a vakcina hatékonyságának bizonyítására. Így bár nagy előrelépés történt, a malária elleni vakcina kifejlesztése továbbra is költséges és többdimenziós erőfeszítés marad.