Felieton

Jak działają szczepionki? Wpływ technologii na ich powstawanie

21 grudnia 2020Bartosz Masternak

lenovo_szczepionki

Szczepienia ochronne są niewątpliwie jednym z największych osiągnięć medycyny i humanitaryzmu. Skuteczna walka ze śmiertelnymi chorobami byłaby jednak niemożliwa, gdyby nie wykorzystanie najnowszej dostępnej technologii w celu uzyskania preparatu. Zapoznajmy się zatem z ideami, które wyznają współcześni twórcy szczepionek, oraz częścią metod i narzędzi, którymi dysponują.

Ważne pytanie – po co nam szczepionki?

Czy programy szczepień ochronnych oraz same szczepienia są niezbędne? Na ulicach współczesnych miast spotkamy się z różnymi opiniami. Tymczasem w relatywnie niezbyt odległych czasach epidemie wiązały się z olbrzymią śmiertelnością oraz paraliżowały lękiem cały świat.

Próby wytworzenia odporności na choroby podejmowane były od dawna. Pierwsze źródła pisane traktujące o szczepieniach ochronnych wywodzą się z VII wieku n.e. z Indii. Do naszego „zachodniego świata” idea dotarła dopiero w wieku XVIII, kiedy w Anglii zaadaptowano prymitywne metody szczepienia na podstawie obserwacji wykonanych w Imperium Osmańskim (dzisiejszej Turcji). Wszczepianie, częściowo chroniące przed śmiertelną ospą prawdziwą, polegało na przeniesieniu wydzieliny ropnej z ran chorego na osobę zdrową. Osoba po takim zabiegu chorowała na ospę relatywnie łagodnie oraz często uzyskiwała trwałą odporność na chorobę. Można sobie jedynie wyobrazić, jak wielka desperacja towarzyszyła ludziom, którzy musieli pokonać pierwotny lęk przed śmierdzącą, niebezpieczną wydzieliną, której wszczepienie dawało jednak szansę na przeżycie następnych lat.

Dzięki szczepieniom ochronnym udało nam się zmarginalizować odwieczne, „biblijne” plagi. Ospa prawdziwa, dyfteryt, polio… To tylko część chorób, które historycznie były niemal synonimami strachu. Dzięki nowoczesnym szczepieniom stanowią dziś przede wszystkim jedynie przedmiot akademickich dyskusji. Idea współczesnych badaczy opiera się zatem na założeniu, aby pokonać możliwie najwięcej śmiertelnych chorób, w tym COVID-19.

Jak to działa, a jak nie działa?

Szczepienia ochronne mają na celu w kontrolowany sposób pobudzić organizm do wytworzenia odporności na dany patogen. Odporność jest zależna zarówno od obecnych w krwiobiegu przeciwciał, jak i tzw. komórek pamięci. Przeciwciała to białkowe czynniki pozwalające na szybką identyfikację i usunięcie patogenów, komórki pamięci stanowią natomiast rodzaj ciągle gotowych policjantów, wyspecjalizowanych w walce z danym drobnoustrojem.

Pobudzenie odporności jest w dzisiejszych czasach uzyskiwane dzięki dostarczeniu antygenów (białek powierzchniowych) z zabitych lub inaktywowanych drobnoustrojów, produktów metabolizmu bakterii lub niezjadliwych szczepów patogenów. Metody polegające na wszczepianiu niebezpiecznych wirusów, jak to miało miejsce w wiktoriańskiej Anglii, na szczęście już dawno odeszły do lamusa.

Na przestrzeni lat powstało wiele mitów na temat szczepionek. Niektóre stanowią pożywkę dla teorii spiskowych, np. że szczepienia powodują autyzm. Inne mity mówią między innymi, że: lepiej chorować niż się szczepić; nie można przeciążać układu odpornościowego dziecka szczepieniami; czy objawy niepożądane (NOP) są niekontrolowane. Wszystkie wymienione tezy są nieprawdą. Warto zapoznać się z wiarygodnymi informacjami na temat szczepień, np. na stronie internetowej moderowanej przez Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego.

Zaprzęganie do pracy technologii – superkomputery i szczepionki

Powstanie nowej szczepionki wiąże się ze zbieraniem ogromnej ilości danych. Dane nie ograniczają się do statystycznych badań epidemiologicznych czy danych zbieranych w celu kontroli skuteczności nowego preparatu. Syntezowanie szczepionek wiąże się z potrzebą przeprowadzenia tysięcy symulacji struktur białkowych, mechaniki płynów oraz oddziaływania względem siebie struktur biologicznych i nowej substancji,w mikroskali poszczególnych cząsteczek badanej szczepionki.

superkomputer_lenovo

Analiza tak wielkiej ilości danych oraz uzyskanie niezbędnej mocy obliczeniowej są możliwe dzięki „zatrudnieniu” komputerów o wystarczającej mocy obliczeniowej. Jednym z nich jest komputer MareNostrum, który został stworzony przy współpracy z Lenovo. Będące najpotężniejszym superkomputerem w Hiszpanii urządzenie może wykonywać jedenaście tysięcy bilionów operacji na sekundę. MareNostrum wykorzystywany jest w badaniach genomu ludzkiego, badaniach nad białkami, symulacjach astrofizycznych, prognozowaniu pogody, a także przy projektowaniu nowych leków.  

W jaki sposób wytwarzane są nowe szczepionki?

Nowe szczepionki muszą być nacechowane wysoką, długotrwałą immunogennością (zdolnością do wytworzenia odpowiedzi odpornościowej) oraz muszą spełniać standardy bezpieczeństwa. Niezwykle istotne jest to, aby były docelowo powszechnie dostępne. Z założenia szczepionki nie mają działań toksycznych, odczyny poszczepienne są natomiast ściśle monitorowane i minimalizowane. Standardy bezpieczeństwa spełniane są dzięki szczegółowym procedurom, warto zaznajomić się z szerszym opisem na stronie Instytutu Zdrowia Publicznego.

Wytworzenie nowych szczepionek zazwyczaj wiąże się z inaktywacją groźnych patogenów (zabijaniem i izolowaniem antygenów czy atenuacją) lub „produkcją” ich białek powierzchniowych. 

Atenuacja, czyli proces otrzymywania szczepów drobnoustrojów niezdolnych do wywołania choroby, a jednocześnie stymulujących odpowiedź immunologiczną organizmu, odbywa się poprzez dobór niezjadliwych szczepów na hodowlach komórkowych. Wyizolowanie antygenów (białek powierzchniowych) odbywa się natomiast poprzez rozszczepienie wirusów lub bakterii, np. dzięki falom ultradźwiękowym, a następnie izolację wybranych antygenów. 

Produkcja białek odbywa się dzięki technologii znanej jako rekombinacja genetyczna. Poprzez przeniesienie fragmentu DNA drobnoustroju na inny organizm, który produkuje pożądane białko na podstawie przeniesionej matrycy genetycznej, możliwe jest późniejsze oczyszczenie wyprodukowanego białka (antygenu) i użycie go do wytworzenia szczepionki. Przykładem wykorzystania tej technologii jest szczepionka przeciw wirusowi zapalenia wątroby typu B (WZW B). Organizmami wykorzystywanymi do namnażania białka powierzchniowego wymienionego wirusa są drożdże.

coronavirus

Szczepienia COVID-19

11 stycznia 2020 r. udało się odkryć oraz opublikować sekwencję genetyczną wirusa SARS-CoV-2. Od tego czasu wytworzono około 190 różnych, potencjalnych szczepionek. Technologie użyte w celu zsyntezowania, prawdopodobnie skutecznych, preparatów w wielu przypadkach są niezwykle nowatorskie i pomysłowe. Nowe podejście reprezentuje nie tylko firma Pfizer, której udało się doprowadzić nowatorską szczepionkę opartą na RNA do ostatniej fazy badań klinicznych. Również na naszym, polskim podwórku stosuje się niespotykane nigdzie indziej na świecie metody syntezy szczepionki. Naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego wraz z firmą BioVentures Instytut stosują innowacyjną technikę syntezowania sztucznych białek w celu syntezy potencjalnie skutecznej szczepionki.

Badania kliniczne prowadzone są w przypadku niektórych szczepionek już od marca 2020 r. Przypuszcza się, że wprowadzenie szczepionki na rynek będzie możliwe już na początku 2021 r.

Inne niż szczepienia metody walki z COVID-19

Współczesne leczenie chorób wirusowych opiera się w dużym stopniu na stosowaniu leków. Leki przeciwwirusowe są substancjami utrudniającymi prowadzenie swoistego dla danego wirusa cyklu rozwojowego. Leki te są często skuteczne jedynie dla wąskiej grupy chorób. Istnieje zatem potrzeba ciągłego syntezowania nowych substancji przeciwwirusowych w celu znajdowania skuteczniejszych metod leczenia znanych chorób oraz szukania metod leczenia niepoznanych jeszcze chorób, np. COVID-19.

Poszukiwanie nowych leków jest niemożliwe bez dogłębnego przejrzenia wroga, jakim jest dany wirus. Dzięki analizie genotypu wirusa można wytworzyć substancje hamujące wirusowe szlaki rozwojowe. Sekwencjonowanie genotypów poszczególnych wirusów pozwala dodatkowo zbadać, co jest przyczyną różnego stopnia rozprzestrzeniania się oraz zjadliwości wirusa w zależności od danej mutacji. Wytworzenie leków imitujących daną, zmniejszającą zjadliwość mutację jest jednym z celów opisanych poszukiwań. Wyzwanie, jakim jest obróbka olbrzymiej ilości danych zbieranych przy sekwencjonowaniu genotypów, jest możliwe jedynie dzięki wykorzystaniu komputerów o wielkiej mocy obliczeniowej. Genom koronawirusa składa się z około 30 000 par nukleotydów, do porównania tysięcy zsekwencjonowanych genomów oraz powiązania danych mutacji z przebiegiem choroby niezbędne jest przygotowanie odpowiedniego superkomputera. Wykonaniem maszyn będących mostem łączącym nauki biologiczne ze ścisłą wiedzą matematyczną zajmują się czołowi producenci IT na rynku komputerów, w tym Lenovo.


Powyższy tekst jest subiektywnym przedstawieniem mechanizmu działania szczepień oraz powiązania technologii z powstawaniem szczepionek.



Jak przydatny był ten post?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena 5 / 5. Liczba głosów: 5

Dotychczas brak głosów! Oceń ten post jako pierwszy.


Bartosz Masternak

Bartosz Masternak - student ostatniego roku medycyny w Warszawie, pasjonat nowoczesnych technologii i technologicznych rozwiązań w medycynie. Prywatnie miłośnik podróży i wysiłku fizycznego.

Komentarze do artykułu


widget instagram lenovo
widget twitter lenovo
widget facebook lenovo
widget youtube lenovo
Read previous post:
prezent-na-5-gwiazdek
Prezenty na 5 gwiazdek? Tylko od Lenovo! [WYNIKI KONKURSU]

Święta, święta… więc i czas na prezenty! Jakie są najlepsze? Wiadomo – te podarowane od serca. Ale jak dobrać coś...

Close