Vaccinatie via internet, dé oplossing tegen multiresistente bacteriën?
Ons afweersysteem is een wonder van vernuft, maar in feite vinden onze lichamen acht miljard maal opnieuw tegelijk het wiel uit tegen dezelfde ziekteverwekker. Dit terwijl weerstand tegen bacteriën en virussen in feite neerkomt op een informatieprobleem. Zou dit slimmer kunnen?
Microbiële invasie
Hoe vredig de wereld om ons heen ook lijkt, op microbieel niveau is sprake van een onophoudelijke oorlog tussen ons lichaam en agressieve microben, tot we sterven. Ons lichaam kent verschillende strategieën om met gevaarlijke ziekteverwekkers af te rekenen. In ons beenmerg – strategisch gezien de veiligste plaats – worden bloedcellen, waaronder immuuncellen, gevormd. Zo ontwikkelen B-lymfocyten antilichamen, die binden met antigenen op het oppervlak van ziekteverwekkers en ze zo markeren (of soms direct uitschakelen). Deze gemarkeerde ziekteverwekkers worden vervolgens opgeruimd door witte bloedlichaampjes. Ook maakt ons lichaam oligopeptiden (zeer korte eiwitten, die maar uit een handjevol aminozuren bestaan) en vrije radicalen op de plaats van ontstekingen: de antibiotica van ons lichaam.
Immuunsysteem vaak te traag
Het leren herkennen van ziekteverwekkers en hier effectieve antilichamen tegen vormen, kost ons immuunsysteem tijd. Bij de een gaat dit sneller dan bij de ander. Gebeurt dit te laat, dan kan de ziekteverwekker zich vermenigvuldigen en anderen besmetten. Sommige ziekteverwekkers, zoals het beruchte Ebolavirus, vermenigvuldigen zich zo snel dat het immuunsysteem volkomen overrompeld wordt door een lawine van virusdeeltjes. De dood treedt dan binnen enkele dagen in, voor het immuunsysteem antistoffen heeft kunnen ontwikkelen. Zou het niet mogelijk zijn een ‘immunologisch internet’ op te zetten, waarbij gebruik wordt gemaakt van de kennis binnen het immuunsysteem van patiënten, om hiermee de immuunsystemen van anderen te trainen?
De effectiviteit van ons immuunsysteem staat of valt bij het herkennen van de chemische ‘vingerafdruk’ van de ziekteverwekkers. Vaccinatie is er op gericht om ons immuunsysteem te trainen door het bloot te stellen aan verzwakte ziekteverwekkers, of onschadelijke delen van ziekteverwekkers, bijvoorbeeld alleen de buitenkant van een virusdeeltje. Het duurt vaak lang om een effectieve vaccinatie te ontwikkelen, omdat niet iedere cocktail een sterke immuunrespons oproept. Maar wat, als we het immuunsysteem rechtstreeks zouden kunnen programmeren met een biologisch antivirusprogramma?
Hoe werkt het immuunsysteem?
Een vereenvoudigde weergave staat in het diagram boven, een meer uitgebreide uitleg op Wikipedia. Kort samengevat, en volgens de hoge heren biochemici waarschijnlijk schandalig vereenvoudigd, komt het hier op neer. B-cellen, met T-cellen, spelen een centrale rol in het immuunsysteem. Ons lichaam maakt gebruik van de biologische equivalent van machine learning. Er zijn honderdduizenden verschillende typen B-cellen, die elk een andere herkenningssequentie van aminozuren produceren. Deze herkenningssequenties komen door een randomproces tot stand. Deze unieke sequentie wordt buiten aan de cel in receptoren blootgesteld aan de buitenwereld: de milt en de lymfeknopen. Als ons lichaam een object als niet-lichaamseigen probleemgeval definieert, worden fragmenten hiervan gepresenteerd aan deze B-cellen. Als deze met de receptoren binden, is er een geschikt antigen gevonden. De helper-T cel geeft vervolgens een signaal aan de B-cel in kwestie om zich te vermenigvuldigen en te ontwikkelen tot plasmacel, waarvan de gevoeligheid voor het desbetreffende pathogeen met behulp van deze T-cel nog verder wordt opgevoerd. Deze plasmacellen produceren vervolgens grote hoeveelheden van de antilichamen. Enkele nakomelingen van deze B-cellen en T-cellen ontwikkelen zich tot geheugen-B cellen en geheugen-T cellen om, mocht er een toekomstige blootstelling aan dit pathogeen zijn, direct antistoffen in grote hoeveelheden te kunnen produceren.
Hoe zou je het immuunsysteem kunnen programmeren?
In feite willen we geheugen-B cellen en geheugen-T cellen met de juiste sequentie om te binden met een bacterie of virus. Deze sequentie, de paratoop, bestaat uit twee reeksen van ongeveer 5 tot 10 aminozuren. De reeks Iso-Leu-Leu-Ala-Try-Pro-Lys : Gly-Met-Ala-Cys-Iso-Val-, of liever gezegd: het oppervlak dat ontstaat als deze reeksen aminozuren worden gecombineerd, zou dan bijvoorbeeld binden met het koepokkenvirus, en hiermee een antistof zijn. In feite is dit erg weinig data. Als we in staat zouden zijn om naïeve B-cellen om te programmeren zodat ze deze paratopen zouden dragen, dan zouden we in staat zijn om specifieke antilichamen te laten produceren voor werkelijk elk bekend gevaarlijk virus of bacterie. Een andere, mogelijk haalbaarder strategie is om met behulp van m-RNA B-cellen de juiste antilichamen te laten produceren, of een implantaat deze antilichamen te laten produceren. Dit implantaat voedt je dan met de sequenties van alle bekende gevaarlijke pathogenen, zodat hier standaard altijd antilichamen voor in omloop zijn. Uiteraard moeten dan wel voorkomen dat deze, kunstmatige, antilichamen dan weer als lichaamsvreemd worden gezien….