Od okamžiku, kdy Benjamin Jesty a Edward Jenner svými pozorováními a pokusy s pravými a kravskými neštovicemi položili základy vakcinologie, uplynula více než dvě století. Jejich průkopnické úsilí otevřelo cestu k vývoji účinných strategií pro kontrolu a vymýcení infekčních nemocí, z nichž mnohé byly v té době považovány za nepřekonatelné.
V roce 1674 holandský obchodník Antonie van Leeuwenhoek, vědec samouk a přírodovědec, objevil za použití zdokonalených čoček vlastní výroby svět pod mikroskopem. Šlo o zásadní krok pro vznik vědních disciplín, jako je buněčná biologie a mikrobiologie, které mají svůj základ v oblasti poznávání mikroskopického světa.
Variolace, starodávná metoda očkování
V období před vývojem očkovacích látek se v boji proti infekčním chorobám používaly poměrně primitivní metody jako například variolace. Zdravým lidem byl podán materiál získaný z puchýřů jedinců infikovaných neštovicemi, došlo k vyvolání mírné formy neštovic a následnému rozvoji imunity. Neštovice, způsobené virem variola, byly vysoce nakažlivým onemocněním, které se přenášelo především přímým kontaktem a kapénkami před dýchací cesty. Onemocnění se projevovalo ve dvou klinických formách. Variola major, častější a závažnější forma, se vyznačovala rozsáhlou vyrážkou a vysokou horečkou a celkovou úmrtností blížící se 30 procentům. Variola minor se vyskytovala méně často a měla mírnější projevy s úmrtností 1 procento nebo méně. Variolace byla důležitým krokem k pochopení a vývoji technik prevence neštovic. Praktikovala se v Asii již v 17. století. V Evropě a Severní Americe se variolace rozšířila v 18. století.
Základy vakcinologie
V roce 1774 bylo provedeno první dokumentované očkování farmářem Benjaminem Jesty. Načkoval svou rodinu materiálem z vředu kravských neštovic, a prokázal tak úspěšnou cestu ochrany před nemocí.
V roce 1796 provedl slavný pokus, kdy naočkoval chlapce materiálem z kravských neštovic, a následně ho vystavil lidským neštovicím, čímž potvrdil účinnost očkování. V roce 1980 prohlásila Světová zdravotnická organizace (WHO) vymýcení pravých neštovic. Jedná se o jeden z nejvýznamnějších úspěchů všech dob v oblasti veřejného zdraví a vědy, který dokazuje sílu očkování v boji proti infekčním onemocněním.
Přínos a vliv Louise Pasteura
V 50. až 60. letech 19. století provedl francouzský chemik Louis Pasteur řadu převratných pokusů. Přesvědčivě prokázal, že příčinou kažení potravin je přítomnost organismů, které nelze spatřit pouhým okem (mikroorganismů). V letech 1860–1864 pracoval na metodě pasterizace, která spočívá v zahřívání tekutin na určitou teplotu po stanovenou dobu, aby se odstranila nebo výrazně snížila přítomnost škodlivých mikroorganismů.
V roce 1864 Pasteur navrhl „mikrobiální teorii nemocí“, podle níž infekční onemocnění způsobují mikroorganismy. Tato teorie položila základy pro pochopení šíření infekčních onemocnění mezi lidmi prostřednictvím přenosu patogenních mikroorganismů. Koncem 19. století bylo Robertem Kochem dosaženo konsenzu pro tuto teorii. Na základě svých zjištění stanovil kritéria (Kochovy postuláty) pro prokázání příčinné souvislosti mezi mikroorganismem a vznikem určitého onemocnění. V roce 1877 zahájil Pasteur studie ptačí cholery (nazývané také cholera drůbeže) a identifikoval jako původce tohoto onemocnění bakterii Pasteurella multocida. V roce 1879 náhodou zjistil, že u kultur této bakterie dochází v průběhu času k poklesu virulence. Pasteur nazval toto snížení virulence „atenuací“, termínem, který se používá dodnes. V roce 1880 Pasteur ve Francii a George Miller Sternberg ve Spojených státech současně izolovali Streptococcus pneumoniae. Tato bakterie je zodpovědná za různá lidská onemocnění, včetně pneumonie, bakteriemie, meningitidy, empyému a endokarditidy. V následujícím roce Pasteur se svými kolegy Charlesem Chamberlandem a Emilem
Rouxem vyvinuli oslabenou vakcínu proti Bacillus anthracis, který představoval vážnou hrozbu pro ovčí průmysl. V 80. letech 19. století dosáhl Pasteur dalšího průlomu ve vakcinologii, když vyvinul vakcínu proti vzteklině, tím odstartovala nová éra prevence infekčních onemocnění.
V posledním desetiletí 19. století začala etapa, v níž se vývoj vakcín začal opírat o pevnější vědecké principy. Mezi klíčové úspěchy tohoto desetiletí patřily techniky inaktivace celých bakterií a jejich použití ve vakcínách (usmrcené vakcíny), objev bakteriálních toxinů a imunitního séra obsahujícího protilátky schopné neutralizovat toxiny, označované jako antitoxiny. Ve stejném období byly vyvinuty a úspěšně testovány inaktivované celobuněčné vakcíny proti chorobám, jako je tyfus, cholera a mor. Emil von Behring, Shibasaburo Kitasato, Émile Roux, Alexandre Yersin, Almwroth Wright a Paul Ehrlich patří k předním výzkumníkům v oblasti sérových protilátek. Zejména Ehrlich rozšířil chápání protilátek jako komplementární jednotky k antigenům. Roux a Yersin navíc prokázali, že bacily záškrtu produkují exotoxin, a von Behring a Kitasato ověřili, že na zvířecích sérech vystavených subletálním dávkám toxinu lze indukovat protilátky proti tomuto toxinu.
Objev toxoidů a vývoj vakcíny proti tuberkulóze
Záškrt, potenciálně smrtelné onemocnění, způsobuje bakterie Corynebacterium diphtheriae. Tento patogen primárně postihuje horní cesty dýchací a produkuje toxin (difterický toxin), který narušuje buněčné funkce a způsobuje exsudativní faryngitidu s následným systémovým postižením. Tetanus je závažná infekce nervového systému způsobená bakterií Clostridium tetani, která se běžně vyskytuje v půdě. Tato bakterie produkuje neurotoxin (tetanový toxin), který může způsobit svalové kontrakce včetně prudkých křečí, a v těžkých případech vést až ke smrti.
V roce 1923 Alexander Glenny a Barbara Hopkinsová zjistili, že difterický toxin lze inaktivovat pomocí formalínu na toxoid, který umožňuje imunizaci a vytvoření ochranných protilátek. Tento toxoid ztratil většinu toxicity, avšak stále vyžadoval podávání s antitoxinem pro dobrou snášenlivost. Gaston Ramon později vyvinul stabilní a netoxický difterický toxoid, který umožnil efektivnější imunizaci. Tento postup byl později využit i k přípravě tetanového toxoidu a dalších vakcín.
Pertuse, známá také jako „černý kašel“, je způsobena bakterií Bordetella pertussis. Ve 30. letech 20. století byla vyvinuta účinná vakcína proti černému kašli. V roce 1948 byly vakcíny proti záškrtu, tetanu a černému kašli integrovány do vakcíny DTP, díky čemuž došlo k výraznému snížení počtu přidružených onemocnění a úmrtí.
Jedním z „celosvětových zabijáků“ byla a stále je tuberkulóza (TBC), která postihuje především plíce, ale může zasáhnout i jiné orgány. Přenáší se vzdušnou cestou. V roce 1882 Robert Koch identifikoval Mycobacterium tuberculosis jako bakterii zodpovědnou za TBC. TBC byla v té době jednou z hlavních příčin úmrtí a postihovala jednoho ze sedmi jedinců ve Spojených státech a v Evropě.
V roce 1921 byla vyvinuta vakcína BCG z oslabeného kmenu Mycobacterium bovis, blízkého příbuzného bakterii M. tuberculosis. Bylo prokázáno, že BCG vakcína poskytuje ochranu zvířatům a kojencům před M. tuberculosis, její účinnost proti plicní TBC u dospělých byla však rozporuplná. Navzdory dostupnosti BCG vakcíny a několika antibiotik je kontrola TBC v současné době ztížena výskytem multirezistentních kmenů M. tuberculosis, zejména u zranitelných populací, jako jsou imunodeficitní jedinci.
Vymýcení poliomyelitidy
Ve druhé polovině 20. století zavedení metod tkáňových kultur umožnilo řízený růst bakterií a replikaci virů v laboratoři. Tento pokrok významně urychlil výrobu vakcín ve velkém měřítku. Velkým úspěchem byla úspěšná kontrola a téměř úplné vymýcení poliomyelitidy. Toto virové onemocnění, které způsobovalo ochrnutí a trvalé postižení, tehdy postihovalo statisíce osob ročně. V roce 1955 Salk vyvinul první inaktivovanou vakcínu proti dětské obrně (IPV), jejíž složení obsahovalo chemicky inaktivované virové částice zahrnující všechny tři typy poliovirů. Vakcína IPV však měla svá omezení, jako je nutnost injekčního podání a posilovacích dávek kvůli její snížené účinnosti. O několik let později, v roce 1961, Sabin vyvinul perorální vakcínu proti dětské obrně (OPV) založenou na oslabených virech. Tato vakcína měla oproti IPV výhody, pokud
jde o snadné podávání, finanční efektivitu a zajištění dlouhodobé imunity snižující potřebu posilovacích dávek. Nicméně OPV nebyla bez rizika. Ve vzácných případech mohlo očkování živým oslabeným virem vyústit v paralytickou poliomyelitidu – stav označovaný jako vakcinální paralytická poliomyelitida (VAPP) – nebo mutovat na virulentnější kmen způsobující malé epidemie vakcinální poliovirózy (VDPV). Navzdory těmto potenciálním rizikům vedly výhody OPV k jeho širokému rozšíření v západních oblastech a přispěly k rozsáhlým očkovacím kampaním, které významně snížily celosvětový výskyt dětské obrny.
Od roku 1988 se počet klinických případů divokého polioviru snížil o více než 99 procent, přičemž se odhaduje, že ve více než 125 endemických zemích bylo zaznamenáno 350 000 případů, zatímco v roce 2021 bylo hlášeno pouze šest případů. Divoký poliovirus typu 1 je dnes endemický pouze v Afghánistánu a Pákistánu, ale od roku 2017 dochází k nárůstu cirkulujících ohnisek polioviru typu 2 odvozeného z vakcíny. V reakci na tato ohniska vydala WHO v roce 2020 seznam pro nouzové použití nového orálního polioviru typu 2 (nOPV2; geneticky stabilizovaný) pro použití v omezeném počtu zemí. Strategie vymýcení dětské obrny na období 2022–2026 nastiňuje širší využití nOPV2 s cílem pokročit v úplné eradikaci.
Vývoj klíčových virových vakcín ve 20. století
V 60. letech 20. století byly vyvinuty důležité vakcíny proti rozšířeným virovým onemocněním, jako jsou spalničky, zarděnky a příušnice. Spalničky, vysoce nakažlivá infekce, mohou být smrtelné kvůli tomu, že způsobují zápal plic a neurologické komplikace. Ačkoli jsou příušnice obecně méně smrtelné, mohou způsobit závažné komplikace, jako je aseptická meningitida a encefalitida. Na druhou stranu zarděnky, ačkoli mají u dětí často mírný průběh, mohou mít devastující účinky pro těhotné ženy a novorozence.
V 70. letech 20. století nastoupila éra kombinovaných vakcín, zejména kombinace živých vakcín do jednoho přípravku, který nabízí dostatečnou ochranu proti spalničkám, příušnicím a zarděnkám (vakcína MMR). Vakcína MMR zjednodušila očkovací schémata a snížila počet očkování. Důležité je, že vykazovala značnou účinnost, což vedlo k výraznému poklesu celosvětového výskytu těchto onemocnění. Před plošným očkováním proti spalničkám v roce 1980 způsobovalo toto onemocnění celosvětově asi 2,6 milionu úmrtí ročně. Po masovém očkování se počet úmrtí na spalničky výrazně snížil, a to asi na 140 000 úmrtí za rok 2018.
Michiaki Takahashi vyvinul vakcínu proti viru varicella zoster (způsobující plané neštovice a pásový opar) jeho sériovou kultivací v lidských embryonálních plicních buňkách a poté v embryonálních buňkách morčete. Tato vakcína však byla licencována až v roce 1987 v Japonsku a Koreji a až v roce 1995 ve Spojených státech a dalších zemích.
Průlomem ve vakcinologii byla prevence rakoviny spojené s infekcí, jejímž průkopníkem byla vakcína proti hepatitidě typu B. V roce 1982 byla s využitím technik molekulární biologie vyvinuta první podjednotková vakcína proti hepatitidě typu B. Tato vakcína je založena na výrobě a purifikaci povrchového proteinu viru a měla zásadní význam pro snížení přenosu této hepatotropní infekce a prevenci hepatocelulárních karcinomů. Tato vakcína je v současné době součástí očkovacího schématu kojenců ve většině členských zemí WHO.
Inovace v oblasti vakcín proti bakteriálním onemocněním
V 80. letech 20. století došlo k významnému pokroku ve snaze o zavedení nových strategií pro konstrukci vakcín. Použití podobné strategie bylo aplikováno na vakcíny proti třem hlavním bakteriálním „zabijákům“ dětí, Haemophilus influenzae typu b (Hib), Streptococcus pneumoniae a Neisseria meningitidis. Prvním přístupem byl vývoj kapsulárních polysacharidových vakcín. V roce 1981 tato strategie částečně uspěla u séroskupin N. meningitidis A, C, W a Y, ale ne u séroskupiny B. Současně byla v roce 1985 licencována polysacharidová vakcína proti Hib. Následné studie však ukázaly, že tyto polysacharidové vakcíny nejsou dostatečné pro vyvolání adekvátní ochrany u kojenců. Ke zvýšení imunogenity těchto vakcín byly použity strategie konjugace polysacharidů s proteiny, které byly původně navrženy ve 30. letech 20. století. V roce 1991 bylo významným milníkem udělení licence na první inaktivovanou perorální vakcínu proti choleře (OCV). Tato vakcína měla zásadní význam při kontrole cholery, průjmového onemocnění způsobeného bakterií Vibrio cholerae. OCV byla obzvláště užitečná v oblastech s endemickým výskytem cholery. O rok později, v roce 1992, byla vyvinuta rekombinantní acelulární vakcína proti černému kašli. Tato vakcína představuje bezpečnější a méně reaktogenní alternativu k předchozí celobuněčné vakcíně proti černému kašli, a od té doby ji v mnoha zemích nahradila.
Vakcíny a nové technologie
Výzkum nových vakcín v 21. století přinesl vakcíny proti rotavirům a lidskému papilomaviru (HPV). Rotaviry jsou celosvětově převládající příčinou akutních průjmů u dětí mladších pěti let. V roce 2006 byly licencovány dvě rotavirové vakcíny, z toho jedna na principu oslabování viru a druhá pomocí nové techniky reassortmentu viru (umožňující expresi specifického genu ve vybraném kmeni zvířecího rotaviru jako nosiče). Tyto a další vakcíny, které následovaly, byly od té doby přijaty ve více než 100 zemích. V reakci na významný dopad rotavirových onemocnění v dětském věku doporučila WHO v roce 2009 zařadit perorální rotavirovou vakcínu do rutinních dětských imunizačních programů. V důsledku toho země, které přijaly očkování proti rotavirům, zaznamenaly 40procentní snížení počtu hospitalizací v důsledku rotavirů u dětí mladších pěti let.
Zároveň se celosvětově snížil počet ročních úmrtí na průjem způsobený rotaviry o 25 procent. Průlomem v prevenci rakoviny byl vývoj první vakcíny proti HPV, která byla licencována v roce 2006. Tato vakcína obsahuje specifické oslabené onkogenní typy a ukázala se jako vysoce účinná v ochraně proti rakovině děložního čípku a dalším rakovinám souvisejícím s HPV u žen i mužů. HPV vakcíny byly zařazeny do imunizačních programů v mnoha zemích. Imunizační strategie zejména zdůrazňuje aplikaci této vakcíny u žen v období raného dospívání. Je však třeba poznamenat, že vakcína je účinná i pro muže a doporučuje se pro prevenci rakoviny konečníku, penisu a dalších rakovin spojených s HPV.
Vakcíny proti HPV jsou preventivním opatřením, neslouží jako lék na tyto druhy rakoviny ani nechrání proti všem typům HPV. Poskytují však ochranu proti nejčastějším onkogenním typům HPV, které se u různých komerčních vakcín liší. Nástup reverzní vakcinologie (RV) podstatně změnil přístup k výzkumu vakcín, a to zejména v oblasti vývoje vakcíny proti N. meningitidis séroskupiny B (MenB). Při technologii RV využívá sekvenování celého genomu (WGS) a robustní bioinformatickou analýzu k predikci antigenního repertoáru patogenu. Tento inovativní přístup je nezbytný pro patogeny, jako je MenB, u nichž jsou konvenční přístupy neúčinné.
V současné době se rychlost vývoje vakcín výrazně zrychluje, a to díky trendu, který podnítila pandemie covid-19. V rekordním čase bylo vyvinuto nebývalé množství různých typů vakcín zaměřených na potlačení SARS-CoV-2. Pro rychlý vývoj těchto vakcín byla rozhodující stávající infrastruktura pro nové vakcinační platformy, jako jsou vakcíny na bázi mRNA a DNA, vektorové nosiče a také rozsáhlá předchozí práce s příbuznými koronaviry, konkrétně SARS-CoV-1 a MERS. Právě předchozí znalosti umožnily rychlý přechod od předklinického hodnocení ke klinickým zkouškám fáze I u některých hlavních kandidátů na vakcíny. Mezi nejinovativnější technologie vývoje vakcín, které se objevily během pandemie, patří technologie založené na mRNA, která se do lidských buněk zavádí buď prostřednictvím virových vektorů, nebo zapouzdřená v liposomech.
Tyto nové vakcíny se ukázaly jako bezpečné a účinné proti SARS-CoV-2 a rozhodujícím způsobem přispěly k řešení celosvětové zdravotní krize způsobené tímto patogenem. V roce 2023 byly ve Spojených státech a Evropě schváleny první vakcíny proti respiračnímu syncytiálnímu viru (RSV). Povrch RSV je pokryt proteiny, včetně fúzního proteinu (F), který je hlavním cílem vývoje vakcíny vzhledem k jeho zásadní roli při vstupu viru a jeho konzervovanosti. Protein F má dvě složité strukturní konformace, prefuzní a postfuzní stav. Antigenní složitost a konformační dynamika tohoto proteinu představují hlavní problémy při vývoji vakcín proti RSV.
Očkování v Česku
Pravidelné (povinné) očkování dětí se řídí vyhláškou č. 537/2006 Sb., o očkování proti infekčním nemocem, a zákonem č. 48/1997 Sb., o veřejném zdravotním pojištění, ve znění pozdějších předpisů. Očkování provádí praktický lékař pro děti a dorost. Detailní informace a aktuality je možné dohledat na stránkách České vakcinologické společnosti ČLS JEP, Státního zdravotního ústavu. Přehled povinného i nepovinného hrazeného očkování dětí v Česku uvádí obrázek. Imunitní systém dospělých s přibývajícím věkem slábne, a jsou tak náchylnější k infekčním onemocněním. Očkovací kalendář povinného i nepovinného očkování dospělých v ČR dle České vakcinologické společnosti ČLS JEP a Státního zdravotního ústavu naleznete na www.nzip.cz .
Ing. Jana Brabcová, Ph.D.
Foto: Freepik
