Szczepionki genowe
Szczepionki z materia"u genetycznego
by� moŻe b�dą zapobiega� AIDS,
malarii i innym groęnym chorobom,
a nawet pomogą w leczeniu raka
David B. Weiner i Ronald C. Kennedy
zczepionki są bez wątpienia naj- znaje obce antygeny  sub-
wi�kszym osiągni�ciem wspó"cze- stancje (zazwyczaj bia"ka lub
Śsnej medycyny. To dzi�ki nim uda- ich fragmenty) produkowane
"o si opanowa� osp�, prawie wyelimi- wy"ącznie przez czynnik pato-
nowa� polio (chorob� Heinego-Medina) genny, nie przez organizm gospo-
i uratowa� wielu ludzi przed tyfusem, darza. Do akcji wkraczają wówczas
t�Żcem, odrą, wirusowym zapaleniem podstawowe rodzaje odpowiedzi im-
MATERIA�
PATOGEN GENETYCZNY
wątroby (wzw) typu A i B oraz rotawiru- munologicznej, obydwa wspomagane
sami1 i innymi niebezpiecznymi zakaŻe- przez bia"e krwinki zwane limfocyta-
niami. WciąŻ jednak brak skutecznych mi T pomocniczymi. Odpowiedę humo-
szczepionek przeciwko wielu Ęmiertel- ralna, prowadzona przez limfocyty B, moralnej, a nie aktywują limfocytów T
nym lub ci�Żko upoĘledzających choro- dzia"a na patogeny zewnątrzkomórko- cytotoksycznych. Taka odpowiedę nie
bom zakaęnym, w tym malarii, AIDS, we. Limfocyty B wydzielają przeciwcia- jest skuteczna wobec wielu mikroorga-
opryszczce i wzw typu C. Wynika to "a, które przy"ączają si� do mikroorgani- nizmów wnikających do wn�trza komó-
z nieskutecznoĘci standardowych metod zmów i w ten sposób neutralizują je lub rek. Ponadto szczepionki oparte na mar-
immunizacji lub ryzyka związanego ze naznaczają do zniszczenia przez inne twych patogenach, jeĘli nawet zapobie-
stosowaniem niektórych szczepionek. sk"adniki uk"adu odpornoĘciowego. gają chorobie, cz�sto zapewniają odpor-
Niezb�dne są zatem inne metody. Odpowiedę komórkowa, dowodzona noĘ� tylko na jakiĘ czas, co wymaga
Jedna z najbardziej obiecujących wyko- przez limfocyty T cytotoksyczne2, eli- okresowego doszczepiania.
rzystuje materia" genetyczny, zarów- minuje nieprzyjaciela, który znalaz" si� Szczepionki zawierające Żywe, lecz
no DNA, jak i RNA. W ciągu ostatnich we wn�trzu komórek. ZakaŻone komór- atenuowane wirusy wnikają do komó-
10 lat tego typu szczepionki przesz"y ki prezentują fragmenty bia"ek naleŻą- rek i wytwarzają antygeny, które są pre-
wiele etapów: początkowo ogólnikowe cych do intruza na swojej powierzchni zentowane przez zakaŻone komórki. Ini-
pomys"y sta"y si� obiektem zaintereso- w specyficzny sposób. Gdy limfocyty T cjuje to atak ze strony limfocytów T
wania instytucji naukowych, przemy- cytotoksyczne  widzą takie oznako- cytotoksycznych oraz przeciwcia". Ta-
s"u i wst�pnych badał
na ludziach. wanie, niszczą komórki wraz z niepro- ka podwójna odpowiedę jest niezb�d-
szonymi goĘ�mi. na do powstrzymania zakaŻenia wielo-
Szczepionki w akcji Oprócz eliminacji intruzów aktywa- ma wirusami i zapewnia odpornoĘ�
cja uk"adu odpornoĘciowego przeciw w przypadku, gdy badacze nie wiedzą,
Zalety immunizacji genetycznej są konkretnemu patogenowi prowadzi do czy odpowiedę immunologiczna humo-
oczywiste, gdy uzmys"owimy sobie, jak powstania komórek pami�ci, które mo- ralna by"aby wystarczająca. Tego typu
dzia"ają tradycyjne szczepionki. Kla- gą w przysz"oĘci powstrzyma� atak tych szczepionki  na przyk"ad przeciwko
syczne preparaty zawierają zabite lub samych drobnoustrojów. Szczepionki po- odrze, Ęwince, róŻyczce, polio (doust-
os"abione (atenuowane) odmiany pato- wodują wytworzenie si� odpornoĘci za na, tzw. Sabina) i ospie  cz�sto dają do-
genów (czynników wywo"ujących cho- pomocą podobnego mechanizmu: indu- Żywotnią odpornoĘ�. Dlatego w"aĘnie
rob�) lub niektórych ich cz�Ęci (podjed- kują odpowiedę immunologiczną i na- uwaŻa si� je za  idea" .
nostek). Typowe szczepionki, takŻe st�pnie powstanie komórek pami�ci. Szczepionki oparte na Żywych drob-
wi�kszoĘ� opracowywanych szczepio- Szczepionki róŻnią si� jednak rodza- noustrojach mają jednak takŻe wady.
nek genowych, mają za zadanie uczu- jem i czasem ochrony przed zachoro- Zawodzą w zapobieganiu pewnym cho-
li� uk"ad odpornoĘciowy, aby zniszczy" waniem. Zawierające zabite patogeny, robom, a te z nich, które są skuteczne,
niebezpiecznego wirusa, bakteri� czy na przyk"ad przeciwko wzw typu A mogą spowodowa� ci�Żkie schorzenie
pasoŻyta, zanim zdąŻy si� on zadomo- i chorobie polio (wstrzykiwana, tzw. u osób z upoĘledzonym uk"adem od-
wi� w organizmie. Tak jakby organizm szczepionka Salka), lub antygeny izolo- pornoĘciowym. Na przyk"ad chorym
juŻ zosta" zaatakowany namnaŻający- wane z czynników chorobotwórczych z nowotworami poddawanym chemio-
mi si� i uszkadzającymi tkanki mikro- (jak szczepionka podjednostkowa prze- terapii, cierpiącym na AIDS i osobom
organizmami. ciwko wzw typu B) nie mogą dosta� si� starszym zdarza si� zosta� zakaŻonymi
Gdy dochodzi do rzeczywistego za- do wn�trza komórek. Dlatego powodu- przez ludzi zdrowych niedawno za-
kaŻenia, uk"ad odpornoĘciowy rozpo- ją powstanie pierwotnej odpowiedzi hu- szczepionych. Bywa teŻ, Że os"abione
62 �WIAT NAUKI Wrzesieł
1999
GEN
KODUJŃCY
ANTYGEN
a
PLAZMID
STRZYKAWKA
b
ZMIENIONY
PLAZMID
wirusy z czasem ulegają mutacjom i od-
zyskują zjadliwoĘ�, co przytrafi"o si�
u niektórych ma"p zaszczepionych os"a- c
bionym SIV, wirusem powodującym
AIDS u tych zwierząt. W niektórych cho-
MIó�NIE
robach ryzyko powrotu zjadliwoĘci wi-
rusa jest nie do zaakceptowania.
Szczepionki zawierające ca"e mikro-
organizmy, Żywe lub martwe, mają i in-
ne s"abe strony  na przyk"ad są w nich
równieŻ cząsteczki niepotrzebne oraz
zanieczyszczenia, których nie sposób
unikną� podczas produkcji. Takie do-
datkowe substancje niekiedy wyzwala-
ją reakcj� alergiczną lub inny szkodliwy
dla organizmu proces.
Nowy wspania"y Ęwiat
PISTOLET
GENOWY
Szczepionki genowe bardzo róŻnią si�
strukturą od tradycyjnych. Najintensyw-
niej badane sk"adają si� z plazmidów 
ma"ych kolistych cząsteczek DNA, pier-
wotnie pochodzących od bakterii, ale ca"-
kowicie niezdolnych do zakaŻenia. Pla-
SKÓRA
zmidy stosowane w immunizacji są tak
zmodyfikowane, by zawiera"y geny ko-
dujące jedno lub wi�cej bia"ek o charakte-
rze antygenów, normalnie produkowa-
nych przez wybrany patogen. Ponadto
nie ma w nich genów mogących dopro-
wadzi� do odtworzenia patogenu, a za-
PRZYGOTOWANIE SZCZEPIONKI GENOWEJ wymaga zazwyczaj wyizolowania jed-
tem spowodowania przezeł
choroby.
nego lub kilku genów z czynnika chorobotwórczego (patogenu) i wklejenia ich do pla-
Szczepionki najcz�Ęciej podaje si�
zmidów  zamkni�tych koliĘcie cząsteczek DNA (a). Są one nast�pnie dostarczane nie-
w postaci zastrzyków lub za pomocą
licznym grupom komórek, cz�sto w postaci zastrzyku domi�Ęniowego (b) lub specjalnego
urządzenia zwanego  pistoletem geno-
wstrzykni�cia pod ciĘnieniem za pomocą tzw. pistoletu genowego (c). Wybrane geny ko-
wym . Wstrzykni�cia, zwykle domi�-
dują antygeny  substancje zdolne do wywo"ania odpowiedzi immunologicznej  które
Ęniowe, wprowadzają geny bezpoĘred- wytwarzane są w organizmie w odpowiedzi na zakaŻenie patogenem.
�WIAT NAUKI Wrzesieł
1999 63
DANA BURNS-PIZER
nio do wn�trza niektórych komórek, ją dwa rodzaje odpowiedzi immunolo- cj� i dystrybucj� szczepionki. Przeszko-
a takŻe prowokują do ich pobierania ko- gicznej, to równieŻ nie wywo"ują zaka- dy te dadzą si� najprawdopodobniej
mórki znajdujące si� w pobliŻu miejsca Żenia jako pozbawione genów niezb�d- przezwyci�Ży�. PoniewaŻ jednak szcze-
uk"ucia ig"ą. Pistolet genowy kieruje pla- nych do replikacji chorobotwórczego pionki z RNA są badane na znacznie
zmidy do komórek na powierzchni cia- mikroorganizmu. Dodatkowo "atwo je mniejszą skal� niŻ oparte na DNA, skon-
"a  przewaŻnie komórek skóry lub b"on wytwarza� w duŻych iloĘciach za po- centrujemy si� na tych ostatnich.
Ęluzowych. Gdy dostaną si� do ich wn�- mocą ogólnie dost�pnych obecnie tech-
trza, niektóre z rekombinowanych pla- nik rekombinacji DNA, a pod wzgl�- Dobry pomys"
zmidów przechodzą do jądra komórko- dem trwa"oĘci dorównują tradycyjnym
wego i przekazują informacj� genetycz- szczepionkom (albo nawet da si� je Pomys" wykorzystania genów w
ną o kodowanych bia"kach antygeno- przechowywa� d"uŻej). Ich produkcja szczepionkach zaĘwita" badaczom pra-
wych, umoŻliwiając ich syntez�. Bia"ka i dystrybucja powinny by� zatem sto- wie pó" wieku temu. W latach pi��dzie-
te mogą indukowa� odpornoĘ� humo- sunkowo tanie. PoniewaŻ zawarte w siątych i szeĘ�dziesiątych z eksperymen-
ralną (przeciwcia"a) po wydostaniu si� nich geny mogą pochodzi� z róŻnych tów nie związanych z konstruowaniem
z komórek oraz odpowiedę komórko- szczepów patogenów, potencjalnie za- szczepionek wynika"o, Że dostarczenie
wą (limfocyty cytotoksyczne), gdy zo- pewniają odpornoĘ� przeciw kilku materia"u genetycznego do komórek
staną poci�te i w"aĘciwie zaprezento- szczepom jednoczeĘnie, co okaŻe si� bar- zwierz�cych prowadzi do syntezy nie-
wane na powierzchni komórki (to samo dzo pomocne w przypadku znacznej których kodowanych bia"ek oraz pro-
si� dzieje, gdy komórki są zakaŻone zmiennoĘci mikroorganizmu, na przy- dukcji przeciwcia" skierowanych prze-
patogenem). k"ad wirusa grypy czy HIV. ciwko tym bia"kom. Stąd niektórzy
Rodzi to nadziej�, Że szczepionki Niektórzy badacze testują szczepion- badacze uwaŻali wytwarzanie przeciw-
z DNA  tak udoskonalone, by nada- ki sk"adające si� z RNA, jednoniciowego cia" za potwierdzenie, Że dany gen ule-
wa"y si� dla ludzi  zachowają wszyst- krewniaka DNA. RNA w komórkach s"u- ga ekspresji.
kie pozytywne cechy tradycyjnych, do- Ży bezpoĘrednio do syntezy kodowanych W latach siedemdziesiątych i na po-
tychczas stosowanych, nie powielając bia"ek, jest jednak mniej stabilne w po- czątku osiemdziesiątych zdolnoĘ� wy-
ich wad. Nie doĘ� bowiem, Że aktywu- równaniu z DNA, co utrudnia produk- wo"ania odpowiedzi immunologicznej
ANTYGENY KONIECZNE DO WYWO�ANIA ODPORNO�CI są produko-
wane, gdy szczepionka z DNA dostanie si� do jądra komórkowego (1). Tam
geny kodujące antygeny są przepisywane z plazmidu na ruchome nici infor-
PLAZMID
macyjnego RNA (mRNA) (2), które potem ulegają w cytoplazmie transla-
SZCZEPIONKOWY
cji do bia"ek antygenowych (3 i 4). Antygeny stają si� widoczne dla uk"adu
odpornoĘciowego w dwojaki sposób: mogą po prostu wydosta� si� z ko-
mórki (5) lub zosta� poci�te na kawa"ki (6) i wpasowa� si� do rowków
1
cząsteczek g"ównego uk"adu zgodnoĘci tkankowej (MHC) kla-
sy I (7) i by� prezentowane na powierzchni komórki (8).
ZASZCZEPIONA KOMÓRKA
GEN KODUJŃCY
BIA�KO
ANTYGENOWE
mRNA
3
RYBOSOM
POWSTAJŃCE
4
UWOLNIONY
KOMÓRKOWY
BIA�KO
ANTYGEN
DNA 5
6
KOPIE
BIA�KA
FRAGMENTY
ANTYGENOWEGO
BIA�KA
7
MHC
JŃDRO
KLASY I
KOMPLEKSY
8
ANTYGENOWE
NA POWIERZCHNI
KOMÓRKI
64 �WIAT NAUKI Wrzesieł
1999
DANA BURNS-PIZER
2
przez wstawiony gen  tym razem jako róŻnym zakaŻeniom (np. HIV, wirusami
zjawisko niepoŻądane  przyciągn�"a opryszczki, wirusem grypy, wzw typu B
uwag� innych badaczy. Próbując opra- czy Plasmodium  pasoŻytem wywo"u-
cowa� terapi� genową (w której geny jącym malari�), wzmacnia� os"abioną
wprowadzano w celu skorygowania wro- odpornoĘ� chorych zakaŻonych HIV
dzonych i nabytych schorzeł
), zauwaŻy- oraz leczy� niektóre nowotwory (m.in.
li, Że bia"ka produkowane na matrycy ch"oniaki, nowotwory prostaty i jelita
wszczepionych genów by"y czasami w grubego). ChociaŻ nowotwór nie jest
organizmach zwierząt niszczone wsku- chorobą zakaęną, wiele wskazuje, Że z
tek reakcji immunologicznej skierowanej pomocą si" obronnych organizmu moŻ-
przeciwko nieswoistym bia"kom. na go zwalczy�.
Do początku lat dziewi��dziesiątych Próby oceniające bezpieczeł
stwo
w licznych laboratoriach usi"owano wy- tego typu szczepionek powinny przy-
korzysta� w szczepionkach ową niepo- nieĘ� odpowiedę na nast�pujące py-
Żądaną odpowiedę immunologiczną. tania: czy plazmidy nie są toksyczne i
Wielu badaczy obawia"o si� natomiast, czy DNA podane jako lek nie wzbudzi
Że powsta"a w ten sposób odpornoĘ� nie odpowiedzi immunologicznej przeciw-
b�dzie dostatecznie silna, by ochroni� ko DNA gospodarza? Dotąd nie stwier-
ludzi przed zakaŻeniem Żywym czyn- dzono Żadnego powaŻnego dzia"ania
nikiem patogennym. niepoŻądanego.
W 1992 roku prace na zwierz�tach Na podstawie takich prób klinicznych
prowadzone przez niezaleŻne zespo"y nie da si� wprawdzie oceni� skuteczno-
wykaza"y bez wątpienia, Że koncepcja Ęci szczepionki  w zapobieganiu choro-
by"a jednak trafna. Zajmowa"y si� tym bie lub "agodzeniu jej przebiegu  lecz
grupy kierowane przez Stephena A. cz�sto moŻna okreĘli�, jak wp"ywa ona
Johnstona z University of Texas South- na uk"ad odpornoĘciowy. Wst�pne wy-
western Medical Center w Dallas, Phili- niki wskazują, Że szczepionki te inicjują KOMÓRKI MIó�NIOWE oznaczone nie-
bieskim znacznikiem (u góry) zacz�"y Ęwie-
pa Felgnera z Vical w San Diego, Mar- poŻyteczne reakcje immunologiczne.
ci� na zielono (na dole) po wszczepieniu
garet Liu, wówczas z Merck w West Szczepionka przeciw HIV wzbudza"a za-
DNA b�dącego noĘnikiem genu pochodzą-
Point, oraz Harriet L. Robinson, wtedy równo odpowiedę humoralną, jak i ko-
cego z wirusa ludzkiego niedoboru odpor-
z University of Massachusetts, a takŻe mórkową, plazmidy kodujące antygeny
noĘci (HIV). Kolor zielony wskazuje, Że ko-
przez jednego z nas (Weinera) w Uni- Plasmodium indukowa"y waŻną odpo-
mórki produkowa"y bia"ko HIV kodowane
versity of Pennsylvania. wiedę komórkową, a szczepionka prze- przez gen wirusa. Takie mikrofotografie
stanowią jeden z dowodów, Że szczepion-
Badania owe oraz wiele innych prze- ciw wzw typu B skutkowa"a wystarcza-
ki z DNA mogą indukowa� powstanie bia-
prowadzonych w ciągu nast�pnych kil- jąco wysokim poziomem przeciwcia", by
"ek niezb�dnych do wywo"ania odpowiedzi
ku lat dowiod"y, Że szczepionki z DNA zapobiec zakaŻeniu. Jednak wspólna dla
immunologicznej.
dostarczone komórkom stymulują szczepionek genowych i tradycyjnych
uk"ad odpornoĘciowy gryzoni i naczel- b�dzie prawdopodobnie koniecznoĘ� "ą-
nych do produkcji limfocytów B, limfo- czenia ich w wielu przypadkach z im- na skutek specyficznej interakcji z ko-
cytów T cytotoksycznych i pomocni- munostymulantami (adiuwantami) w mórkami  zawodowo prezentującymi
czych oraz ich reakcje na wiele róŻnych celu uzyskania tak silnej odpowiedzi antygen3. Limfocyty T muszą zatem
patogenów, a nawet niektóre nowotwo- immunologicznej, aby ochroni"a biorc� przy"ączy� si� do tego samego fragmen-
ry. Wykaza"y równieŻ, Że odpowiedę przed zakaŻeniami w przysz"oĘci. tu bia"ka, który póęniej b�dą rozpozna-
immunologiczną i ochron� przed zacho- wa"y na zaszczepionych komórkach nie
rowaniem moŻemy uzyska�, podając Dzia"anie szczepionek naleŻących do uk"adu odpornoĘciowe-
szczepionki w róŻny sposób. Co wi�cej, go (np. mi�Ęni) oraz do drugiej cząstecz-
da si� ją wzmocni� rozmaitymi meto- Równolegle z trwającymi próbami kli- ki kostymulującej ( drugiego sygna"u ),
dami zwi�kszającymi efektywnoĘ� wy- nicznymi naukowcy w laboratoriach pró- normalnie zlokalizowanej tylko na ko-
chwytywania DNA przez komórki. bują zg"�bi� mechanizmy stymulujące mórkach prezentujących antygen.
Od po"owy lat dziewi��dziesiątych uk"ad odpornoĘciowy przez immuniza- Biolodzy sądzili, Że szczepionki z
coraz liczniejsze grono naukowców za- cj� genową, zw"aszcza dotyczącą bardzo DNA nie mają szans na przedostanie si�
cz�"o zwraca� uwag� na szczepionki waŻnej odpornoĘci komórkowej. Dok"ad- do komórek prezentujących antygen,
z DNA, a technologi� ich produkcji tak ne zrozumienie tego procesu powinno w związku z czym te ostatnie nie mogą
udoskonalono, Że podj�to badania na zwi�kszy� skutecznoĘ� szczepionek. produkowa� i pokazywa� antygenów
ludziach. Pierwsze próby kliniczne prze- Przez wiele lat immunolodzy mieli kodowanych przez owe szczepionki.
prowadzono w 1995 roku, kiedy pla- bowiem do czynienia z pewnym para- Ostatnie odkrycia dokonane przez wie-
zmidy zawierające geny HIV podano doksem. Szczepionki z DNA wyraęnie le zespo"ów wykaza"y jednak bezzasad-
pacjentom juŻ zakaŻonym tym wiru- aktywowa"y limfocyty T cytotoksycz- noĘ� takiej opinii. Niektóre plazmidy
sem. Badania na szerszą skal� rozpocz�- ne. Zwyczajne wstrzykni�cie DNA do przedostają si� do komórek  zawodo-
te w 1996 roku przeciera"y inny szlak: komórek skóry czy mi�Ęni i spowodo- wo prezentujących antygen. Komór-
lekarze po raz pierwszy wstrzykn�li no- wanie, by pokazywa"y one fragmenty ki te pokazują wówczas antygeny rów-
we geny (kodujące bia"ka HIV lub wi- kodowanych antygenów, nie powinno noczeĘnie z niezb�dnymi cząsteczkami
rusa grypy) osobom zdrowym, a nie do- prowadzi� do tego typu reakcji. Zanim kostymulującymi, pomagając w przy-
tkni�tym chorobą. taka prezentacja uaktywni limfocyty cy- gotowaniu limfocytów T do dzia"ania
Jak dotąd badania na ludziach doty- totoksyczne, muszą one zosta� urucho- [ramka na nast�pnych dwóch stronach].
czą szczepionek mających zapobiega� mione czy teŻ  w"ączone  cz�Ęciowo Aby wi�c wywo"a� silną odpowiedę ko-
Wrzesieł
1999 �WIAT NAUKI 65
VELPANDI AYYAVOO
University of Pennsylvania
Jak dzia"ają szczepionki z DNA
INDUKOWANIE ODPOWIEDZI HUMORALNEJ
CYTOKINY
TYPU Th2
LIMFOCYT T Wiązanie
Cytokiny
RECEPTOR POMOCNICZY antygenu
pomagają
LIMFOCYTU T indukuje
w aktywacji
uwalnianie
limfocytów B
Wiązanie
MHC cytokin
AKTYWOWANY
antygenu
KLASY II
LIMFOCYT T
indukuje
POMOCNICZY
wydzielanie
RECEPTOR CZŃSTECZKI
przeciwcia"
KOSTYMULUJŃCEJ
CZŃSTECZKA
KOSTYMULUJŃCA
LIMFOCYT B
WIŃ�ŃCY ANTYGEN
MIEJSCOWA KOMÓRKA PREZENTUJŃCA ANTYGEN
Antygen jest
uwalniany

Plazmid szczepionkowy
wnika do komórki docelowej
BIA�KO
ANTYGENOWE
Plazmidy
uruchamiają produkcj�
AKTYWOWANY LIMFOCYT T
bia"ek antygenowych
CYTOTOKSYCZNY WI�E ANTYGEN
JŃDRO
GEN KODUJŃCY
BIA�KO
ANTYGENOWE
PLAZMID
PEPTYDY
SZCZEPIONKOWY
ANTYGENOWE
MHC
KLASY I
Prezentowane są
peptydy antygenowe
Wiązanie antygenu

powoduje namnaŻanie si�
limfocytów T cytotoksycznych
i ich atak na zaszczepione
ZASZCZEPIONA KOMÓRKA
komórki
Cytokiny aktywują
limfocyty T cytotoksyczne
zczepionki z DNA powodują powstanie odpornoĘci na
Sczynniki zakaęne g"ównie przez aktywacj� dwóch ro-
CYTOKINY
dzajów odpowiedzi immunologicznej: humoralnej, która
TYPU Th1
atakuje patogeny na zewnątrz komórek, oraz komórkowej,
która niszczy komórki zakaŻone. OdpornoĘ� nabywa si�
wówczas, gdy wskutek takiej dzia"alnoĘci powstaną d"u-
RECEPTOR
CYTOKIN gowieczne komórki pami�ci  straŻnicy gotowi powstrzy-
ma� rozwój choroby powodowany przez patogen.
LIMFOCYT T Sposób, w jaki szczepionki indukują powstanie odpor-
Wiązanie
CYTOTOKSYCZNY
noĘci, moŻna przeĘledzi� na uproszczonym schemacie
antygenu indukuje
pojawienie si� rozpoczynającym si� w lewej górnej wstawce  szczepion-
recptorów
MHC
ka z DNA dostaje si� do komórki docelowej, na przyk"ad
KLASY I dla cytokin
LIMFOCYT T
mi�Ęniowej, i nast�pnie produkuje antygen charaktery-
CZŃSTECZKA
POMOCNICZY

styczny dla danego patogenu. W odpowiedzi humoralnej
KOSTYMULUJŃCA

(u góry ilustracji) bia"e krwinki zwane limfocytami B przy"ą-
czają si� do krąŻących bia"ek antygenowych i zaczynają na-
mnaŻa�. Wiele komórek potomnych wytwarza przeciwcia-
MIEJSCOWA KOMÓRKA PREZENTUJŃCA ANTYGEN
"a, które podczas zakaŻenia wiąŻą si� z patogenem i w ten
sposób naznaczają go do zniszczenia. Cz�Ę� potomnych
INDUKOWANIE ODPOWIEDZI KOMÓRKOWEJ limfocytów staje si� komórkami pami�ci, które przyst�pu-
ją do dzia"ania, gdy tylko pojawi si� krąŻący na zewnątrz
komórek patogen.

Tymczasem prezentacja fragmentów antygenów  pep-

tydów na zaszczepionych komórkach (w rowkach czą-
steczek MHC klasy I)  moŻe wzbudzi� odpowiedę ko-
66 �WIAT NAUKI Wrzesieł
1999
DANA BURNS-PIZER
mórkową, szczepionki genowe naleŻy
podawa� w sposób, który umoŻliwi ich
przeksz wychwytywanie w"aĘnie komórkom
prezentującym antygen.
Z niektórych prac wynika, Że plazmi-
dowe DNA wokó" genów kodujących an-
tygeny jest dla nich czymĘ wi�cej niŻ tyl-
ko Ęrodkiem transportu  wzmacnia
równieŻ odpowiedę immunologiczną
PRZECIWCIA�A
wywo"ywaną przez te antygeny. Spowo-
dowane to jest wysoką cz�stoĘcią sekwen-
cji CG w plazmidach. KaŻda ni� w po-
dwójnej helisie DNA sk"ada si� z jed-
LIMFOCYT B PAMIóCI
AKTYWOWANY LIMFOCYT B
nostek zwanych nukleotydami, które
(CHRONI PRZED
mają wbudowane róŻne zasady  ade-
PRZYSZ�YM ZAKA�ENIEM)
nin� (A), cytozyn� (C), guanin� (G) lub
tymin� (T). W plazmidowym DNA po-
ODPOWIEDŁ HUMORALNA
chodzącym od bakterii cz�Ęciej wyst�pu-
ją sekwencje CG niŻ w DNA kr�gowców.
Ponadto jednostki z CG w plazmidach
ODPOWIEDŁ KOMÓRKOWA
bakteryjnych nie mają do"ączonych grup
metylowych, podczas gdy u kr�gowców
jednostki te są zazwyczaj metylowane.
Wysuni�to hipotez�, Że organizm kr�-
LIMFOCYT T
CYTOTOKSYCZNY PAMIóCI gowców rozpoznaje duŻą cz�stoĘ� nie-
(CHRONI PRZED
metylowanych par CG jako sygna" zagro-
PRZYSZ�YM ZAKA�ENIEM)
Żenia. W odpowiedzi wzgl�dnie prymi-
tywna cz�Ę� uk"adu odpornoĘciowego
(nie oparta na swoistym rozpoznawaniu
antygenu) próbuje zniszczy� lub w inny
sposób unieszkodliwi� intruza.
W poszukiwaniu optymalnego efektu
SUBSTANCJE
OBUMIERAJŃCA
Analizując naturalny wp"yw szczepio-
AKTYWOWANY LUB SYGAN�Y
ZASZCZEPIONA
LIMFOCYT T POWODUJŃCE
nek genowych na organizm, immunolo-
KOMÓRKA
CYTOTOKSYCZNY �MIER� KOMÓRKI
dzy zastanawiają si�, jak wzmocni� ogól-

ną reaktywnoĘ� immunologiczną i ideal-
nie wypoĘrodkowa� pomi�dzy odpowie-
dzią komórkową a humoralną. Jeden
y T
z projektów powsta" przy okazji badania
DNA wokó" sekwencji CG. Wykazano,
Że plazmidowe DNA wywo"uje najsil-
mórkową (na dole ilustracji). Wiązanie kompleksów antygenowych powoduje prolife-
niejszą odpowiedę immunologiczną, gdy
racj� bia"ych krwinek zwanych limfocytami T cytotoksycznymi (zabójcami) i niszcze-
sekwencje CG sąsiadują z dwoma zasada-
nie przy"ączonych komórek oraz innych prezentujących identyczne peptydy w ten
mi purynowymi (adeniną lub guaniną)
sam sposób. Niektóre z aktywowanych komórek równieŻ przekszta"cają si� w komór-
po stronie  C i dwoma pirymidynowy-
ki pami�ci, gotowe w razie ataku w przysz"oĘci wyeliminowa� czynnik patogenny.
W rzeczywistoĘci wiele wst�pnych etapów prowadzi do takiej odpowiedzi. Aby osią- mi (tyminą lub cytozyną) po stronie  G .
gną� etap aktywacji limfocytów B (górna wstawka), komórki  zawodowo prezentujące Plazmidy zawierające takie  immunosty-
antygen (antigen-presenting cell  APC) powinny wch"oną� cząsteczki antygenów, po- mulujące sekwencje indukowa"y u my-
cią� je i zademonstrowa� powsta"e peptydy na cząsteczkach MHC klasy II. Nast�pnie
szy znacznie wi�kszą aktywnoĘ� humo-
limfocyty T pomocnicze muszą rozpozna� zarówno kompleks peptyd cząsteczka MHC,
ralną i cytotoksyczną niŻ identyczna pod
jak i cząsteczk� kostymulującą, wyst�pującą tylko na komórkach prezentujących  za-
pozosta"ymi wzgl�dami szczepionka.
wodowo antygen. JeĘli dojdzie do tych procesów, limfocyty T pomocnicze mogą roz-
Zwi�kszając zatem liczb� tych sekwencji
począ� wydzielanie cząsteczek sygna"owych zwanych cytokinami typu Th2, które przy-
w plazmidach, moŻemy wzmocni� im-
czynią si� do aktywacji limfocytów B i do wiązania przez nie antygenu.
munogennoĘ� antygenów kodowanych
Aktywacja odpowiedzi ze strony limfocytów T cytotoksycznych wymaga równieŻ
przez szczepionk� genową.
obecnoĘci komórek typu APC (dolna wstawka). Zanim limfocyt cytotoksyczny zdo"a za-
Inne podejĘcie polega na w"ączaniu ge-
reagowa� na antygen znajdujący si� na zaszczepionych komórkach, te, które pre-
nów determinujących cząsteczki sygna-
zentują antygen, powinny wch"oną� plazmid szczepionkowy, wyprodukowa� kodo-
"owe zwane cytokinami do plazmidów
wany przez niego antygen i zaprezentowa� jego fragmenty na cząsteczkach MHC
kodujących antygeny lub do odr�bnych
klasy I z udzia"em cząsteczek kostymulujących. Nast�pnie limfocyty T cytotoksyczne
plazmidów. Komórki uk"adu odporno-
muszą rozpozna� te sygna"y i otrzyma� dodatkowe pobudzenie ze strony cytokin (tym
Ęciowego wydzielają je w celu regulacji
razem typu Th1) wydzielanych przez limfocyty T pomocnicze. W nie przedstawionych
zarówno aktywnoĘci w"asnej, jak i innych
tutaj etapach szczepionki z DNA indukują równieŻ powstawanie limfocytów T pomoc-
komórek uk"adu. Przyk"adem moŻe by�
niczych pami�ci, niezb�dnych do podtrzymywania aktywnoĘci obronnej innych ko-
cząsteczka zwana czynnikiem stymulu-
mórek pami�ci.
Wrzesieł
1999 �WIAT NAUKI 67
t
a
B
"
c
y
a
t
j
ą
y
c
s
o
f
i
�
m
i
w
l
e
k
r
o
ó
t
m
k
ó
e
i
r
k
N
i
p
a
m
i
�
c
i
i
c
�
m
a
p
i
k
r
ó
m
o
k
w
N
�
i
i
s
e
k
ą
j
t
ó
a
r
c
e
"
a
l
t
i
m
z
s
f
o
k
e
c
y
z
r
t
p
jącym tworzenie kolonii granulocytów cyty T. Podobnie jak cytokiny substancje waniem wyŻej opisanych metod) produ-
i makrofagów (GM-CSF), która m.in. sty- te róŻnią si� pod wzgl�dem oddzia"y- cenci powinni osiągną� poŻądany efekt
muluje proliferacj� komórek prezentują- wania na komórki oraz rodzajem komó- wy"ącznie za jej pomocą.
cych antygen. Wykazano, Że do"ączenie rek, z którymi si� "ączą. Coraz lepsze ZwaŻywszy na ekscytujące przysz"e
genu kodującego GM-CSF wzmacnia od- zrozumienie ich dzia"ania, staranne do- moŻliwoĘci immunizacji z zastosowa-
powiedę na szczepionki z DNA. bieranie genów chemokin do konkret- niem genów, zainteresowani tą techniką
Chcąc, aby szczepionki genowe wy- nych genów cytokin u"atwi"yby bada- powinni zakasa� r�kawy i zabra� si� za
wo"ywa"y silną odpowiedę komórko- czom osiąganie poŻądanej skali i typu rozwiązywanie istniejących problemów.
wą, gdy zachodzi taka potrzeba, na- odpowiedzi immunologicznej. Na przyk"ad wi�kszoĘ� szczepionek
ukowcy eksperymentują zw"aszcza z Dzi�ki szczepionkom z DNA teore- z DNA przestaje indukowa� powstawa-
genami tych cytokin, które wzmagają tycznie da"oby si� nawet obejĘ� koniecz- nie bia"ek po mniej wi�cej miesiącu. Czy
aktywnoĘ� komórek cytotoksycznych. noĘ� aktywacji limfocytów cytotoksycz- ewentualne przed"uŻenie ŻywotnoĘci
Odkryli, Że limfocyty pomocnicze zwa- nych przez komórki prezentujące anty- plazmidu spowoduje powstanie wi�k-
ne Th1 wydzielają u myszy cytokiny gen. JeĘli do genu kodującego antygen szej odpornoĘci, czy moŻe sprowokuje
promujące odpowiedę komórkową do"ączono by gen cząsteczki kostymulu- atak przeciwko zdrowej nie zaszczepio-
kosztem humoralnej (produkującej prze- jącej, produkowanej normalnie przez ko- nej tkance? Jak d"ugo utrzyma si� odpor-
ciwcia"a), podczas gdy inne limfocyty mórk� prezentującą antygen, wówczas noĘ� u ludzi i czy b�dzie róŻna u poszcze-
pomocnicze (Th2) wydzielają cytoki- nastrzykni�te komórki skóry, mi�Ęni czy gólnych osób? Jakie dawki są najsku-
ny aktywujące odpowiedę humoralną. jeszcze inne prezentowa"yby zarówno teczniejsze, a sposób podania najlepszy?
U ludzi limfocyty pomocnicze prawdo- antygen, jak i istotny do wywo"ania re- Musimy równieŻ si� dowiedzie�, które
podobnie wyst�pują w wi�kszej liczbie akcji  drugi sygna" .4 W ten sposób umo- substancje b�dą najbardziej przydatne
odmian, ale gdy przewaŻają cytoki- Żliwiono by rozpoznawanie oraz akty- w kierowaniu materia"u genetycznego
ny typu Th1 równieŻ aktywowana jest wacj� limfocytów T cytotoksycznych. do konkretnych komórek (w tym ko-
odpowiedę komórkowa, natomiast gdy mórek prezentujących antygen) i do
są to cytokiny typu Th2  humoralna. Mierząc wyŻej wzmocnienia wychwytywania plazmi-
Jeden z takich projektów wykaza", Że dów przez komórki, a takŻe które geny 
szczepionka zawierająca geny kodujące JeĘli pierwsza partia szczepionek ge- cz�sto spoĘród tysi�cy  w danym pato-
antygeny HIV i interleukin� 12 (typową nowych sprawdzi si� w próbach klinicz- genie dadzą najlepszy efekt.
cytokin� wydzielaną przez Th1) spowo- nych, moŻna je b�dzie początkowo "ą- Próby kliniczne mające przynieĘ� od-
dowa"a u myszy zmniejszenie produk- czy� z tradycyjnymi szczepionkami powiedę na te pytania i oceniające sku-
cji przeciwcia" skierowanych przeciwko w celu osiągni�cia lepszego efektu. Wy- tecznoĘ� pierwszej partii szczepionek ge-
bia"kom HIV i znacznie wzmocni"a re- obraęmy sobie na przyk"ad, Że szcze- nowych zapewne nie zostaną ukoł
czone
aktywnoĘ� limfocytów T cytotoksycz- pionka podjednostkowa (zawierająca przed up"ywem pi�ciu, a nawet dziesi�-
nych wobec antygenów HIV. Ten zwrot bia"ko, fragment patogenu) wywo"uje ciu lat. Bez wzgl�du na to, czy trafią one
w kierunku odpowiedzi komórkowej jest prawid"ową odpowiedę humoralną ostatecznie na rynek, technologia immu-
szczególnie zach�cający, poniewaŻ z przeciwko patogenowi, ale konieczna nizacji genetycznej ma szans� sta� si� nie-
ostatnich prac naukowców zajmujących jest teŻ odpowiedę komórkowa. Tym- zwykle cennym narz�dziem w bada-
si� HIV wynika, Że silna odpowiedę ze czasem nowa szczepionka z DNA spra- niach podstawowych nad reakcjami
strony limfocytów T cytotoksycznych ma wdza si� w pobudzaniu odpowiedzi odpornoĘciowymi i zmierzających do
podstawowe znaczenie w walce z na- komórkowej, lecz nie prowadzi do po- opracowania lepszych szczepionek.
mnaŻającym si� wirusem. wstania optymalnego poziomu przeciw- Ich twórcy cz�sto nie wiedzą, która
Brane są równieŻ pod uwag� geny de- cia". W tzw. strategii uczulania ze wzma- cz�Ę� uk"adu odpornoĘciowego powin-
terminujące substancje zwane chemoki- cnianiem lekarze mogliby poda� szcze- na by� najsilniej aktywowana przeciw-
nami. Są to ma"e cząsteczki, które przy- pionk� z DNA, a nast�pnie spot�gowa� ko danemu patogenowi i które antyge-
ciągają do miejsca uszkodzenia (lub tam, odpowiedę humoralną szczepionką pod- ny oraz inne substancje mogą spowo-
gdzie dosz"o do zakaŻenia) zarówno ko- jednostkową. W miar� post�pu badał
dowa� taką stymulacj�. Obecnie "ączą
mórki prezentujące antygen, jak i limfo- nad szczepionką genową (np. z zastoso- i dobierają geny kodujące antygeny i in-
WYCHWYTYWANIE SZCZEPIONEK Z DNA przez komórki prezentujące antygen, najwaŻniejszy etap w powstawaniu odpornoĘci,
zosta"o ostatnio wykazane przez wiele zespo"ów. W jednej z prób badacze dodali dwa rodzaje znaczników do komórek w skrawku tkan-
ki, do której wstrzykni�to szczepionk� z DNA  czerwony barwnik (z lewej) zaznacza" komórki prezentujące antygen, zielony (poĘrod-
ku) wybarwia" wszystkie komórki produkujące antygen kodowany przez szczepionk�. Gdy obrazy komórek si� na"oŻy"y, kolor poma-
rał
czowy (z prawej) Ęwiadczy" o obecnoĘci komórek prezentujących antygen, które wch"on�"y szczepionk� i wyprodukowa"y bia"ko
kodowane przez zawarte w niej geny.
68 �WIAT NAUKI Wrzesieł
1999
MICHAEL CHATTERGOON
University of Pennsylvania
Próby kliniczne szczepionek z DNA u ludzi
Tabela ta przedstawia wiele znanych badał
u ludzi. Wszystkie potencjalne szczepionki znajdują si� na etapie wczesnych
testów oceniających bezpieczeł
stwo oraz odpowiedę immunologiczną; są dobrze tolerowane. Nie rozpocz�to jeszcze prób
oceniających skutecznoĘ� w zapobieganiu chorobie czy w leczeniu. Wi�kszoĘ� badał
w"aĘnie jest w toku.
Cel szczepionki Bia"ka kodowane Dotychczas osiągni�te
przez geny szczepionkowe rezultaty immunologiczne
Zapobieganie wzw typu B Bia"ko powierzchniowe wzw typu B Odpowiedę humoralna i komórkowa
Zapobieganie opryszczce Glikoproteina wirusa opryszczki W ocenie
Zapobieganie zakaŻeniu HIV Bia"ka otoczkowe i regulatorowe Odpowiedę komórkowa (ostatecznie
lub bia"ka rdzeniowe i enzymy wszystkie geny zostaną prawdopodobnie
zaangaŻowane w namnaŻanie si� wirusa przetestowane w jednej szczepionce)
Zapobieganie grypie Hemaglutynina W ocenie (próby w"aĘnie ukoł
czono)
Zapobieganie malarii Bia"ko sporozoitu Odpowiedę komórkowa
Terapia zakaŻenia HIV Bia"ka otoczkowe i regulatorowe Odpowiedę humoralna w pierwszej z prób
(tat, nef i inne) wirusa (w"aĘnie zakoł
czonej); odpowiedę komórkowa
w innym badaniu
Terapia zakaŻenia HIV Bia"ka otoczkowe, regulatorowe i Szczepionka zosta"a po"ączona z wielolekową
rdzeniowe oraz enzymy zaangaŻowane terapią przeciwwirusową (okreĘlaną
w namnaŻanie si� wirusa jako HAART); w ocenie
Terapia gruczolakoraków piersi Antygen karcynoembrionalny (CEA) Odpowiedę komórkowa
i jelita grubego
Terapia ch"oniaka z limfocytów B Przeciwcia"o Odpowiedę humoralna
Terapia ch"oniaka skóry Receptor limfocytu T W ocenie (w"aĘnie zakoł
czono testy)
z limfocytów T
Terapia raka prostaty Bia"ko b"onowe swoiste dla prostaty W ocenie
ne substancje (np. cytokiny i chemoki- MoŻliwoĘ� manipulowania DNA po- Przypisy t"umacza:
1
Rotawirusy powodują, g"ównie u dzieci, infekcje
ny) w eksperymentalnych szczepion- winna uczyni� z niego w przysz"oĘci
przewodu pokarmowego objawiające si� biegunką.
kach z DNA i doĘ� szybko porównują noĘnik wzbudzający z"oŻone reakcje od- Szczepionka przeciw rotawirusom stosowana jest
m.in. w USA, a wkrótce ma zosta� zarejestrowana
skutecznoĘ� róŻnych kombinacji u ma- pornoĘciowe organizmu na róŻne czyn-
w Polsce.
"ych zwierząt. W ten sposób oceniają, niki chorobotwórcze. Mając takie infor- 2
Limfocytów T cytotoksycznych, zwanych komór-
kami zabójcami (killer cells), które swoiĘcie rozpo-
jaka powinna by� odpowiedę immuno- macje, producenci stworzą szczepionki,
znają obce antygeny, nie naleŻy myli� z komórkami
logiczna, aby ochroni� organizm przed które wywo"ają optymalną odpowiedę
NK (natural killer cells), zwanymi naturalnymi za-
patogenami, oraz jakie antygeny i do- immunologiczną i poprowadzą ją wy- bójcami, które mogą nieswoiĘcie rozpoznawa� ko-
mórki zakaŻone wirusem czy komórki nowotwo-
datkowe bia"ka ją zapewniają. branym szlakiem. Przedtem nie mieli
rowe. Pomimo róŻnych sposobów wykrywania
Podczas tych prób niektórzy badacze szans na dostosowanie swoich produk- nieprzyjaciela obydwa rodzaje komórek zabójców
w podobny sposób niszczą swój cel.
tworzą  biblioteki , w których groma- tów do potrzeb w sposób "atwy i tani.
3
Do komórek prezentujących  zawodowo anty-
dzone są wszystkie geny danego orga- W przysz"oĘci takie  inteligentnie za-
gen naleŻą komórki dendrytyczne, limfocyty B i
makrofagi. Tylko te komórki mogą aktywowa�
nizmu, a kaŻdy z nich wklejony jest we projektowane szczepionki genowe po-
limfocyty. Dopiero po takiej aktywacji limfo-
w"asny plazmid. Nast�pnie cz�Ę�  zbio- mogą zapewne w leczeniu raka i sta-
cyt T zdo"a rozpozna� dany antygen na pozosta"ych
rów takiej biblioteki jest podawana nowi� b�dą pot�Żny or�Ż w zapobiega- komórkach.
4
W rzeczywistoĘci trwają juŻ próby leczenia nowo-
zwierz�tom naraŻonym na kontakt z Ży- niu i ograniczaniu wielu groęnych in-
tworów jedną z odmian szczepionki genowej. Do
wym patogenem. Najlepiej dzia"ające fekcji, które dzisiaj wymykają si� spod
komórek nowotworowych (pobranych od chorego)
wk"ada si� gen kodujący jedną z podstawowych
grupy genów dzieli si� dalej i wykonu- kontroli.
cząsteczek kostymulujących B7 (CD80) w celu akty-
je kolejne testy, aŻ powstanie mieszan-
T"umaczy"
wacji limfocytów cytotoksycznych rozpoznających
Tomasz Stok"osa komórki nowotworowe.
ka najskuteczniejszych antygenów.
Informacje o autorach Literatura uzupe"niająca
DAVID B. WEINER i RONALD C. KENNEDY wnieĘli HETEROLOGOUS PROTECTION AGAINST INFLUENZA BY INJECTION OF DNA ENCODING A VIRAL
znaczny wk"ad w rozwój badał
nad szczepionkami geno- PROTEIN. J. B. Ulmer i in., Science, vol. 259, ss. 1745-1749, 19 III 1993.
wymi. Weiner, jeden z pionierów badał
nad przeciwwi- PROTECTION AGAINST MYCOPLASMA INFECTION USING EXPRESSION-LIBRARY IMMUNIZATION.
rusowymi szczepionkami z DNA, jest profesorem nad- M. A. Barry, W. C. Lai i S. A. Johnston, Nature, vol. 377, ss. 632-635, 19 X 1995.
zwyczajnym patologii i analityki klinicznej oraz cz"onkiem IMMUNOSTIMULATORY DNA SEQUENCES FUNCTION AS T HELPER-I-PROMOTING ADJUVANTS.
Institute of Human Gene Therapy w University of Penn- Mark Roman i in., Nature Medicine, vol. 3, nr 8, ss. 849-854, VIII/1997.
sylvania. Kennedy, profesor mikrobiologii i immuno- MODULATING THE IMMUNE RESPONSE TO GENETIC IMMUNIZATION. Adam D. Cohen, Jean
logii oraz po"oŻnictwa i ginekologii w University of Okla- D. Boyer i David B. Weiner, FASEB Journal, vol. 12, nr 15, ss. 1611-1626, XII/1998.
homa Health Sciences Center, prowadzi badania nad szcze- NEUTRALIZING ANTIBODY-INDEPENDENT CONTAINMENT OF IMMUNODEFICIENCY VIRUS
pionkami genowymi przeciwnowotworowymi, jak rów- CHALLENGES BY DNA PRIMING AND RECOMBINANT POX VIRUS BOOSTER IMMUNIZATIONS.
nieŻ skierowanymi przeciwko czynnikom patogennym. Harriet L. Robinson i in., Nature Medicine, vol. 5, nr 5, ss. 526-534, V/1999.
Wrzesieł
1999 �WIAT NAUKI 69
HEIDI NOLAND