Hogy sikerült csodát művelni és kevesebb mint egy év alatt kifejleszteni a vakcinát a koronavírus ellen?

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

Az Európai Gyógyszerügynökség (EMA) január hatodikán engedélyezte a Moderna koronavírus elleni vakcináját az Európai Unió területén, míg a Pfizer/BioNTech készítményével már december elején elkezdtek oltani az Egyesült Királyságban, néhány nappal később pedig az Egyesült Államokban is. Az év végén az Oxfordi Egyetem és a brit-svéd AstraZeneca által fejlesztett védőoltásnak is zöld utat adtak a brit hatóságok. 

A tudomány óriási teljesítménye, hogy kevesebb mint egy év alatt sikerült kifejleszteni több, különböző oltóanyagot egy korábban ismeretlen vírus ellen, habár ez a teljesítmény akkor válik valóban értékelhetővé, ha az emberek legalább 60 százaléka hajlandó lesz önkéntesen beadatni a vakcinát. Az oltási hajlandóság azonban egyelőre Magyarországon (sok más országgal egyetemben) messze van ettől: az IDEA intézet friss közvélemény-kutatása alapján a megkérdezettek csupán 36 százaléka adatná be magának az oltást, 16 százalékuk egyelőre bizonytalan, a megmaradó 48 százalék pedig egyenesen elutasítja. 

Az egyik gyakran hangoztatott, vakcinával szembeni félelem, hogy túl gyorsan fejlesztették ki az oltóanyagot, így kétséges a biztonságossága és a hatásossága. Mivel az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) körképe szerint a vakcinafejlesztés rekordját eddig a mumpsz elleni védőoltás tartotta, amelynek a begyűjtött vírusmintától a piacra dobott termékig mindössze négy évig tartott a kifejlesztése, és átlagosan egy védőoltás biztonságos kikísérletezése 10-15 évet is felölelhet, jogosan merül fel a kérdés, hogyan sikerülhetett ez jelen esetben kevesebb mint egy év alatt.

Segítettek a koronavírusok

Habár az új típusú koronavírust 2019. december 8-án azonosították először a kínai Vuhanban, vizsgálatakor nem a nulláról indultak a kutatók. A SARS-CoV-2 a koronavírusok családjába tartozik, amelynek az amerikai Allergiás és Fertőző Betegségek Nemzeti Intézete szerint több száz tagja van, beleértve azt a négyet is, amelyek a közönséges megfázást okozzák, és azokat is, amelyek a 2002-es SARS-járványt, valamint a 2012-es MERS-járványt szabadították a világra. Eric J. Yager, az Albany Gyógyszer- és Egészségtudományi Egyetem mikrobiológiával foglalkozó adjunktusa a Medical News Today-nek elmondta, a tudósok már több mint 50 éve tanulmányozzák a koronavírusokat, vagyis már a SARS-CoV-2 felbukkanásakor kiterjedt adatbázissal rendelkeztek az ilyen típusú kórokozók genomjairól, struktúráiról és életciklusáról. 

A koronavírusok tanulmányozása során derült fény a vírus tüskefehérjéjének jelentőségére az emberi sejtekhez való kapcsolódáskor, és így a tüskefehérjéket már korábban azonosítani tudták, mint az antitestes terápiák és vakcinák potenciális célpontjait – mondta Yager, aki hozzátette, hogy a COVID-19 elleni, adenovírus-alapú Oxford/AstraZeneca-féle oltóanyag alapjait az Oxfordi Egyetem tudósainak a MERS ellen egy adenovírus-alapú vakcina kifejlesztésére tett korai próbálkozásai fektették le.

Világméretű együttműködés és zsákszámra ömlő milliárdok

Normál körülmények között egy vakcina kifejlesztése azért is húzódhat el 10-15 évig, mert a gyógyszerfejlesztés óriási pénzeket ölel fel, és sokszor nincs, aki fedezze a költségeket. Egy 2018-ban a The Lancet Global Health folyóiratban megjelent tanulmány úgy becsülte, hogy az egyes vakcinák kezdeti fejlesztése és a biztonságosság kiderítését célzó korai klinikai vizsgálatok költségei 31-68 millió dollárra tehetők, és a kiterjedt második és harmadik fázisú klinikai vizsgálatok további milliókkal fejelik meg ezeket az összegeket. Az új koronavírus fokozott menetrendjét elnézve ezek a költségek még jobban elszállhattak, így a vakcinák kifejlesztésében döntő jelentőségűek a kormányzati támogatások, a nemzetközi szervezetek és civil alapítványok adományai, valamint a magánszektor befektetései.

Az Európai Bizottság és partnerei 2020. májusában egy nemzetközi adományozói konferencián 9,8 milliárd eurós támogatást kalapoztak össze a vakcinafejlesztésre, ebből csak az Európai Unió 1,4 milliárd eurót adott a koronavírus legyőzésére. Az Egyesült Királyságban a kormányzati Vaccine Taskforce támogatása is hozzátett az Oxford/AstraZeneca vakcinájának kifejlesztéséhez, míg az Operation Warp Speed keretében az Egyesült Államok 456 millió dollárral támogatta a Johnson&Johnson vakcinajelöltjét, több mint 900 millió dollárral a Moderna, mintegy 1,95 milliárd dollárral a Pfizer, valamint körülbelül 1,2 milliárd dollárral az Oxford/AstraZeneca vakcinája kifejlesztését, valamint a védőoltások széles körű gyártását és elosztását.

Emellett a világjárvány nem csupán a pénzcsapokat nyitotta meg, hanem a kutatók közötti együttműködést is serkentette. A géntechnológiában végbement óriási fejlődésnek köszönhetően kínai kutatók már január 11-12-én megosztották a SARS-CoV-2 genomszekvenciáját a nyílt hozzáférésű virological.org oldalon, így a világ tudósai azonnal hozzáláthattak a kórokozó természetének feltérképezéséhez. Emellett számos laboratórium, kutató és gyógyszergyártó cég szinte azonnal átállt a koronavírus elleni vakcina fejlesztésére, a WHO pedig igyekezett a saját eszközeivel sürgetni a globális együttműködést.

Mesterséges intelligencia a kutatólaborban

Számos, a védőoltás talapzatát jelentő vívmányt köszönhetünk a rohamosan fejlődő technológiának, ezek például a már említett géntechnológia, az mRNS-alapú oltások kifejlesztése, valamint a mesterséges intelligenciára törekvő, okos algoritmusok. Ez utóbbiak hónapokkal képesek lerövidíteni a vakcinafejlesztés első, preklinikai szakaszát, ugyanis a kórokozó természetének és viselkedésének pontos megértésén keresztül napokon, sőt órákon belül képesek előállni tesztelhető vakcinajelöltekkel. A világjárvány elején a Bázeli Egyetem kutatói például a Swiss-Model nevű fehérjemodellező eszközt használták arra, hogy megjósolják a SARS-CoV-2 vírus külső burkán lévő fehérjék szerkezetét. A Google tulajdonában álló londoni DeepMind saját, AlphaFold nevű neurális hálóját szintén arra használta, hogy a vírus génszekvenciáját alapul véve kitalálja, hogyan fest a SARS-CoV-2 fehérjék háromdimenziós alakja.

A vakcinagyártók közül számos használt okos algoritmusokat vakcinajelöltje előállításához. Ilyen például a San Diegói Inovio Pharmaceuticals, ahol a cég által bevetett algoritmus három órán belül kidobott egy teljesen megtervezett, optimalizált, DNS-alapú vakcinajelöltet, amely 83 napon belül a klinikai tesztelés fázisába került. Ezen kívül az MIT kutatói gépi tanulással fejlődő algoritmusokat használva terveztek olyan vakcinajelölteket, amelyek különféle populációkra optimalizálhatóak.

Az mRNS-technológia megoldotta a fehérjegyártási problémát

A Karikó Katalin magyar kutató közreműködésével kifejlesztett, hírvivő RNS-en alapuló technológiát a vakcinák történetében először alkalmazzák egy oltóanyag előállításának módszereként. Ez nagyon röviden azt takarja, hogy nanolipid-részecskékbe csomagolva a koronavírus tüskefehérjéjének genetikai örökítőanyagát juttatják be a sejtekbe, és az emberi sejtek ezt az üzenetet használják fel arra, hogy megalkossák saját tüskefehérjéiket. Ezután az immunrendszert a tüskefehérjék segítségével kiképezik a SARS-CoV-2 vírus tüskefehérjéinek jövőbeli felismerésére, a hírvivő RNS pedig, akár egy Snapchat-üzenet, néhány órán vagy napon belül eltűnik a szervezetből.

Shane Crotty, a La Jolla Immunológiai Intézet és a Fertőző Betegségek és Vakcinakutatási Intézet kutatója videóban magyarázta el, hogy az mRNS-technológia a gyártási sebességet tekintve minden más vakcinaelőállítási módszert maga mögé utasít. Crotty szerint a védőoltások előállításának egyik klasszikus módszere, amikor az oltóanyag maga a fehérje, legyen az tüskefehérje vagy virális nanorészecske. Ilyen például a tetanusz vagy a diftéria elleni védőoltás, és néhány koronavírus elleni vakcina esetén is dolgoznak effélén. 

Crotty szerint ugyanakkor a fehérjealapú oltások hátulütője, hogy magát a fehérjét kell előállítani, és mindegyik fehérjéhez meg kell találni annak saját előállítási módszerét. Mivel ez minden egyes protein esetén egyedülálló, az engedélyeztetési szerveknek, például az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerfelügyelet (FDA) szakértőinek a gyártási folyamat minden egyes lépését külön felül kell vizsgálniuk, ami jelentősen megnyújthatja az engedélyeztetési procedúrát. Ráadásul a vírusok fehérjéi általában szokatlan proteinek, így nem könnyű legyártani őket; a folyamat rengeteg időt és energiát vesz igénybe.

A professzor szerint ezzel szemben a hírvivő RNS-alapú vakcináknál nem áll fenn ez a probléma, mivel a gyártási folyamat minden esetben ugyanaz. Bár az RNS maga különböző szekvenciákat kódol, molekuláris szempontból a gyártási folyamata ugyanaz, így a vakcina engedélyeztetése nagyon gyorsan megtörténhet, mivel a gyógyszerfelügyeleti hatóságoknak csak egyfajta gyártási módszert kell felülvizsgálniuk. Tudományos szempontból Crotty szerint ez közrejátszott abban, hogy az egyes vakcinajelöltek ennyire gyorsan végigmentek az első, második és harmadik klinikai tesztelési fázison. 

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: