Steeds wanneer er een nieuwe variant opduikt, beoordelen vaccin- en medicijnfabrikanten hun ‘recepten’ tegen COVID-19 opnieuw om te bepalen of die werken tegen een opkomend virus. Bijvoorbeeld tegen omikron, dat zich in minder dan een maand tijd over de hele wereld heeft verspreid.
Het SARS-CoV-2-coronavirus dat COVID-19 veroorzaakt is sinds het begin van de pandemie in december 2019 verschillende keren gemuteerd. Daarbij ontstonden verschillende varianten. Omdat het ontwerp van de meeste vaccins is gebaseerd op herkenning van spike-eiwit van het oorspronkelijke SARS-CoV-2-virus, of in ieder geval delen daarvan, zijn aanzienlijk gemuteerde varianten als omikron beter in staat om te ontkomen aan de bescherming van de vaccins, hoewel die nog steeds wel beschermen tegen ernstige ziekte.
Afgelopen maand spraken vaccinproducenten over het aanpassen van de formule om zo nodig een vaccin specifiek tegen omikron beschikbaar te hebben, mocht dat nodig zijn. ‘Maar omikron is niet de laatste variant,’ zegt Stephen Zeichner, een specialist in besmettelijke ziekten van het University of Virginia Medical Center. ‘Het is duidelijk dat het virus zich zal blijven ontwikkelen. We hebben behoefte aan een universeel COVID-19-vaccin, of misschien wel een universeel coronavirusvaccin.’
Lees ook: Zolang niet iedereen toegang heeft tot vaccins, zullen er meer ‘Omikrons’ volgen
Sinds 2020 zijn enkele wetenschappers bezig met de ontwikkeling van vaccins die beschermen tegen verschillende coronavirussen, om voorbereid te zijn op een volgende, dodelijk coronavirusepidemie. Volgens experts is het niet de vraag of, maar wanneer die zal plaatsvinden. Op dit moment zijn veel projecten gericht op bekende sarbecovirussen, waar SARS-CoV-1 en SARS-CoV-2 toe behoren, en enkele SARS-achtige vleermuisvirussen die mogelijk van dieren naar mensen kunnen overspringen.
De resultaten van de eerste onderzoeken in dierenmodellen zijn veelbelovend. ‘Het mooie van dergelijke vaccins is dat ze werken tegen mogelijke nieuwe SARS-CoV-2-varianten, maar ook tegen volgende op mensen overspringende virussen waar we mee te maken kunnen krijgen,’ vertelt structuurbioloog Pamela Björkman van het California Institute of Technology, die werkt aan de ontwikkeling van een universeel vaccin tegen bepaalde SARS-achtige virussen.
De strijd tegen nieuwe varianten en toekomstige, op de mens overspringende coronavirussen
De nieuwste versie van het pandemievirus, omikron, werd op 26 november als ‘zorgwekkend’ aangemerkt door de Wereldgezondheidsorganisatie en kent bijna vijftig genetische mutaties ten opzichte van de oorspronkelijke SARS-CoV-2-stam. Ruim dertig daarvan betreffen de knuppelachtige uitsteeksels op het virusoppervlak, die maken dat het virus makkelijker kan binnendringen in de cellen van zijn gastheer. De spike is ook het virusonderdeel waarop COVID-19-vaccins zich richten om ernstige ziekteverschijnselen te voorkomen.
In het midden van de jaren zestig werden voor het eerst coronavirussen bij mensen aangetroffen. Ze veroorzaakten maar zelden ernstige ziekten. Dat veranderde echter in 2002. Toen ontstond in China een dodelijke luchtwegaandoening door een nieuw coronavirus, SARS-CoV, dat in verband werd gebracht met vleermuizen die in grotten leefden. De ziekte verspreidde zich naar 29 landen, veroorzaakte bijna achtduizend ziektegevallen en ruim zevenhonderd sterfgevallen. Tien jaar later raakten ruim tweeduizend mensen in 37 landen besmet met een ander nieuw coronavirus, MERS-CoV, dat in Saoedi-Arabië ontstond en waarschijnlijk oorspronkelijk bij vleermuizen voorkwam. Dit virus eiste tot nu toe bijna negenhonderd levens. SARS-CoV-2 maakte des te duidelijker welk gevaar er schuilt in coronavirussen die bij dieren ontstaan: het leidde wereldwijd inmiddels tot bijna 332 miljoen vastgestelde ziektegevallen en ruim vijf miljoen sterfgevallen sinds het eind 2019 de kop opstak.
Kortetermijndenken en een gebrek aan financiering vormden obstakels voor de ontwikkeling van en het onderzoek naar een algemeen vaccin tegen diverse soorten coronavirussen – of in ieder geval tegen de SARS-achtige virussen. Maar door recente investeringen, zoals het programma van 200 miljoen dollar van de non-profitorganisatie Coalition for Epidemic Preparedness Innovation en het fonds van 36,3 miljoen dollar van de Amerikaanse overheidsinstelling National Institutes of Health worden dergelijke vaccins mogelijk eerder dan gedacht haalbaar.
Eén vaccin, meerdere coronavirussen
Het doel van dit soort vaccins is om een algemene afweerreactie op te roepen tegen verschillende coronavirussen en varianten daarvan.
Het onderzoek dat daarin het verst is, betreft een vaccin dat werd ontwikkeld door onderzoekers bij het Walter Reed Army Institute of Research. Dit is inmiddels op mensen getest in het kader van een Fase 1-studie. Het vaccin, dat leunt op technologie die werd ontwikkeld voor de productie van universele griepvaccins, is gebaseerd op een nanodeeltje met het uiterlijk van een voetbal, met 24 vlakken die bedekt zijn met diverse kopieën van het oorspronkelijke spike-eiwit van SARS-CoV-2. Uit apenonderzoek dat op basis van peerreviews werd beoordeeld bleek dat het vaccin zorgt voor de productie van antilichamen tegen SARS-CoV, SARS-CoV-2 en de belangrijkste varianten daarvan (uitgezonderd omikron, waarop niet werd getest). Deze antilichamen neutraliseren de virussen en voorkomen dat die kunnen binnendringen in de cellen van de dieren. ‘Het herhaald en in een specifieke volgorde plaatsen van het coronavirusspike-eiwit op een nanodeeltje met verschillende vlakken veroorzaakt een stimulering van de afweer die leidt tot een aanzienlijk grootschaliger bescherming,’ zo stelde Kayvon Modjarrad, een van de uitvinders van het vaccin, in een persverklaring. Zijn team is momenteel bezig met de analyse van de data uit de Fase 1-studie. National Geographic verzocht verschillende keren om meer details, maar het instituut wil pas commentaar leveren wanneer de resultaten van de Fase 1-studie gepubliceerd zijn.
Andere onderzoeken naar universele coronavirusvaccins richten zich op een zich traag ontwikkelend, genetisch en structureel soortgelijk onderdeel van de virussen (waarop antilichamen zich hechten in het kader van de afweerreactie van het lichaam op een indringer) of op het daarnaast activeren van immuuncellen in het lichaam die T-cellen worden genoemd.
Zo ligt de focus van het onderzoek van Zeichner naar de ontwikkeling van een algemeen coronavaccin op de ‘fusiepeptide’, een onderdeel van het spike-eiwit dat het virus helpt om de gastheercellen binnen te dringen. ‘Dat onderdeel is bij alle coronavirussen steeds zo goed als hetzelfde gebleven,’ vertelt hij. ‘Er vinden nauwelijks mutaties plaats.’ Hij onderzocht samen met collega’s een proof-of-concept-vaccin op basis van een fusiepeptide van SARS-CoV-2. Uit de eerste resultaten bleek dat het vaccin bij varkens enige mate van bescherming bood tegen een ander virus, genaamd PEDV (porcine epidemic diarrhea virus), waar mensen niet besmet mee kunnen raken. Zijn team werkt inmiddels samen met onderzoekers van Virginia Tech en het International Vaccine Institute in Seoul om dit vaccin verder te ontwikkelen en meer tests te doen met verschillende SARS-CoV-2-varianten en andere coronavirussen.
Lees ook: Zo weten we wanneer er een vaccin tegen COVID-19 is
Björkman en haar collega’s richten zich daarentegen op een specifieker doelwit: het receptorbindingsdomein (RBD) van het spike-eiwit. Dit is het deel van de ‘spike’ waarop de meeste antilichamen zich hechten, om te voorkomen dat SARS-CoV-2 de gastheercel kan binnendringen. Daarnaast is dit het gebied waarin veel mutaties voorkomen, waardoor verschillende varianten ontstaan. Voor het vaccin maakten ze gebruik van RBD-eiwitten van niet minder dan acht virussen, waaronder de oorspronkelijke SARS-CoV-2 en andere SARS-achtige coronavirussen die bij vleermuizen werden aangetroffen, die aan een nanodeeltje met zestig vlakken werden gehecht. Björkman en haar collega’s ontdekten dat muizen die dit vaccin kregen toegediend diverse antilichamen produceerden. In volgende experimenten bleek dat die in staat waren besmettingen met verschillende SARS-achtige virussen te voorkomen, ook met coronavirusstammen die niet waren gebruikt voor de productie van de vaccins.
Volgens Björkman wijst dit erop dat het afweersysteem van de dieren leert om algemene kenmerken van de coronavirussen te herkennen, en dat haar mozaïekvaccin, met onderdelen van verscheidene virussen, mogelijk ingezet kan worden wanneer zich nieuwe SARS-achtige virussen of nieuwe SARS-CoV-2-varianten voordoen. Haar team bereidt zich momenteel voor op het testen van het vaccin op mensen.
Ook vaccin-onderzoeker Kevin Saunders van het Duke Human Vaccine Institute concentreert zich bij het maken van een algemeen vaccin tegen SARS-achtige virussen op het RBD, maar dan op een specifiek onderdeel daarvan. Toen de pandemie begin 2020 losbarstte, gingen Saunders en zijn collega’s op zoek naar antilichamen die SARS-achtige virussen konden deactiveren. Ze onderzochten antilichamen die aanwezig waren in de bevroren, opgeslagen cellen van een persoon die van een SARS-CoV-besmetting was hersteld, en van een andere persoon die al eerder COVID-19 had gekregen.
Ze vonden in de cellen van deze beide personen een krachtig antilichaam genaamd DH1047, dat ontstekingen kon tegengaan in muizen waarbij verschillende vleermuis- en menselijke coronavirussen waren ingespoten, waaronder ook varianten van SARS-CoV-2. Nader onderzoek wees uit dat het antilichaam zich bij verschillende coronavirussen hechtte aan hetzelfde kleine deeltje van het RBD van het spike-eiwit. Dat werd het doelwit van het vaccin.
Door apen te injecteren met verschillende aan een nanodeeltje gehechte kopieën van dit RBD-stukje van SARS-CoV-2, wisten Saunders en zijn collega’s aan te tonen dat dit vaccin niet alleen bescherming biedt tegen SARS-CoV-2, maar ook tegen besmetting met verschillende andere coronavirussen. Het team onderzoekt nu verschillende variaties van dit nanodeeltjesvaccin door ook gebruik te maken van RBD-gedeelten van andere coronavirussen, om een meer algemene afweerreactie bij de gastheer op te kunnen roepen.
‘Soms maak je wel honderden versies van dit soort vaccins die je op dieren test voordat je besluit om een versie op mensen te testen,’ vertelt Julie Ledgerwood van het Vaccine Research Center van de National Institutes of Health. Dat is niet eenvoudig, vertelt ze.
Intussen proberen onderzoekers ook te achterhalen hoe deze vaccins niet alleen tegen SARS-achtige virussen zouden kunnen beschermen, maar ook tegen MERS en andere minder verwante coronavirussen. ‘De genetische diversiteit en structurele verschillen tussen coronavirussen die tot verschillende groepen behoren gaan een uitdaging vormen,’ aldus Saunders. Sommige wetenschappers stellen voor om voor verschillende coronavirusfamilies verschillende vaccins te maken.
Inmiddels valt echter niet meer te ontkennen dat er een behoefte is aan een algemeen vaccin tegen SARS-achtige coronavirussen. ‘Onze gedachte hierover is niet langer ‘het zou geweldig zijn als we dit zouden hebben voor de volgende pandemie,’’ stelt Saunders. ‘We zien dit als een geweldig middel om deze pandemie te beëindigen.’
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com
