Stel je een geneesmiddel voor dat net zo besmettelijk is als de ziekte die het moet bestrijden – een vaccin dat zich in het lichaam van een gastheer kan vermeerderen en dan naar de volgende gastheer kan overspringen, zodat hele bevolkingsgroepen eenvoudig en snel tegen een ziekteverwekker beschermd kunnen worden. Dat is het doel van meerdere wetenschappelijke teams in de wereld, die zich opnieuw hebben gestort op een ooit omstreden onderzoeksterrein: de ontwikkeling van overdraagbare vaccins, oftewel vaccins die zichzelf kunnen verspreiden.

De hoop bestaat dat met deze methode de verspreiding van schadelijke virussen en bacteriën onder wilde diersoorten verminderd kan worden en dat daarmee de overdracht van deze ziekteverwekkers op de mens voorkomen kan worden. Veel experts zijn ervan overtuigd dat ook SARS-CoV-2, het virus dat de COVID-19-pandemie heeft veroorzaakt, oorspronkelijk van een wild dier op de mens is overgesprongen.

De Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention (CDC) schatten dat zestig procent van alle bekende infectieziekten en 75 procent van de recent ontdekte infectieziekten ‘zoönotisch’, oftewel van wilde dieren afkomstig zijn. Wetenschappers kunnen niet zeggen waarom, wanneer of hoe de volgende zoönotische infectieziekte onder mensen zal opduiken. Maar als dat gebeurt, zijn deze ziekten vaak dodelijk en kost het veel geld om de verspreiding ervan onder controle te krijgen. Bovendien voorspellen veel experts dat de verspreiding en opkomst van dit soort ziekten zal toenemen als gevolg van de klimaatverandering, het verlies aan biodiversiteit en de bevolkingsgroei.

Vaccins behoren tot de belangrijkste middelen om de verspreiding van zoönotische ziekten te voorkomen, maar het is vrijwel ondoenlijk om wilde dieren in te enten: daarvoor zouden ze stuk voor stuk opgespoord, gevangen, gevaccineerd en weer vrijgelaten moeten worden. De oplossing zou een vaccin zijn dat zichzelf in de wilde natuur kan verspreiden.

Dankzij vooruitgang op het gebied van de gentechnologie en de virologie en nieuwe inzichten in de overdracht van ziekten hebben wetenschappers een onderzoeksterrein herontdekt dat voor het eerst in de jaren tachtig opkwam: de speurtocht naar een genetisch aangepast virus dat van het ene wilde dier op het andere overdragen kan worden en deze dieren daarmee tegen ziekten beschermt in plaats van ze besmet.

Onderzoekers ontwikkelen momenteel overdraagbare vaccins tegen ebola, rundertuberculose en lassakoorts, een virale infectie die door ratten wordt verspreid en elk jaar minstens 300.000 mensen in West-Afrika treft. De benadering zou uitgebreid kunnen worden om andere zoönotische ziekten te bestrijden, zoals hondsdolheid (rabiës), het West-Nijl-virus, de ziekte van Lyme en de pest.

Pleitbezorgers van overdraagbare vaccins denken dat ze een revolutie in de gezondheidzorg teweeg kunnen brengen door de overdracht van infectieziekten onder wilde dieren te verhinderen en zo te voorkomen dat ze als zoönotische ziekten op de mens overspringen en mogelijk een pandemie veroorzaken.

Maar anderen menen dat deze vaccins aan mutaties onderhevig zijn, op soorten kunnen overspringen waarvoor ze niet bestemd zijn of een kettingreactie van gebeurtenissen op gang kunnen brengen die hele ecosystemen zou kunnen verwoesten.

‘Als je eenmaal een aangepast en overdraagbaar organisme in de vrije natuur loslaat, weet je niet wat er zal gebeuren en hoe het zich zal ontwikkelen,’ zegt Jonas Sandbrink, expert in bioveiligheid aan het Future of Humanity Institute van de University of Oxford. ‘Zelfs als je zo’n organisme in een dierenpopulatie zou uitzetten, zouden delen van het genetische materiaal ervan weer in mensen terecht kunnen komen.’

Het enige echte experiment

In 1999 had dierenarts José Manuel Sánchez-Vizcaíno de leiding over een onderzoeksteam dat een bezoek bracht aan het Isla del Aire, een eilandje voor de oostkust van Spanje, om daar een overdraagbaar vaccin tegen twee virusziekten uit te testen: viraal hemorragisch syndroom (VHS) en myxomatose, twee bekende konijnenziekten. Hoewel deze ziekten niet bij de mens voorkomen, waren ze al tientallen jaren verantwoordelijk voor de dood van enorme aantallen konijnen in China en Europa.

Traditionele vaccins tegen beide ziekten werden gebruikt voor tamme konijnen, maar het vangen en inenten van wilde konijnen – die bekendstaan om hun snelle voortplanting – was volgens Sánchez-Vizcaíno onbegonnen werk. Hij zag het enorme potentieel van overdraagbare vaccins.

In het laboratorium knipten Sánchez-Vizcaíno, destijds directeur van het Spaanse Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA), en zijn team een gen uit het VHS-genoom en plakten het in het genoom van een milde variant van het myxomavirus, dat myxomatose veroorzaakt. Het eindproduct was een hybride virus-vaccin dat in principe zowel tegen VHS als myxomatose moest beschermen. Omdat het vaccin genoeg overeenkomsten met het oorspronkelijke myxomavirus vertoonde, hoopte Sánchez-Vizcaíno dat het zich zonder problemen onder wilde konijnen zou verspreiden.

Op het eilandje ving het team 147 konijnen, die werden voorzien van een microchip in de hals. Vervolgens kreeg ongeveer de helft van deze dieren het vaccin toegediend en werd de hele groep weer in het wild uitgezet. In de 32 dagen daarna leefden de ingeënte en niet-ingeënte konijnen hun normale konijnenleven op het eilandje. Toen de onderzoekers daarna de konijnen vingen die van een microchip waren voorzien maar niet waren ingeënt, ontdekten ze dat 56 procent van deze groep antistoffen tegen beide virussen in hun bloed hadden, wat erop wees dat het vaccin inderdaad van gevaccineerde op niet-gevaccineerde dieren was overgedragen.

Het experiment was het eerste veldonderzoek waarin het concept van overdraagbare vaccins werd bewezen – en het is tot op heden het enige onderzoek van deze aard.

In 2000 legde het onderzoeksteam de resultaten van het laboratorium- en veldonderzoek voor aan het Europees Geneesmiddelenbureau (EMA) om toestemming te krijgen de methode in de gezondheidszorg toe te passen. De EMA vond technische problemen in de veiligheidsevaluatie van het vaccin en verzocht het team om het genoom van het myxomavirus te sequentiëren, iets wat nog niet eerder was gedaan.

Hoewel de onderzoekers twee jaar de tijd kregen om aan dat verzoek te voldoen, lieten de geldschieters het afweten, vertelt Juan Bárcena, die destijds als doctoraalstudent onder Sánchez-Vizcaíno werkte. Bárcena is inmiddels geen voorstander meer van overdraagbare vaccins, maar vindt wel dat de gegevens van hun laboratorium- en veldonderzoek hebben aangetoond dat het vaccin veilig was en dat het zich uitsluitend onder de konijnenpopulatie had verspreid.

Toch betwijfelt Bárcena of de EMA zo’n vaccin ooit zou toelaten, gezien de twijfels en controverses die er rond het gebruik van genetisch aangepaste organismen bestaan.

Volgens Scott Nuismer, een professor aan de University of Idaho die overdraagbare vaccins in wiskundige modellen bestudeert, kan het vaccin van Sánchez-Vizcaíno grotere risico’s met zich mee hebben gebracht dan huidige technologieën, omdat het team destijds een myxomavirus als vaccin gebruikte, een organisme dat op zichzelf dodelijk is.

Na het experiment op Isla del Aire verdween het onderzoek naar overdraagbare vaccins op de achtergrond. Sánchez-Vizcaíno denkt dat farmaceutische bedrijven geen geld wilden steken in onderzoek en ontwikkeling voor een technologie die eigenlijk bedoeld is om de winstmarges van deze bedrijven te verkleinen.

Nieuwe vaccins

Maar rond 2016 groeide de interesse in en financiering voor de technologie opnieuw, en momenteel werken diverse onderzoeksteams aan de ontwikkeling van overdraagbare virussen voor dieren.

De nieuwe vaccins berusten op de werking van zogenaamde recombinante virussen. Daarbij identificeren de onderzoekers eerst een eiwit van de ziekteverwekker die ze willen bestrijden en gebruiken deze als antigen, de stof die bij gevaccineerde mensen of dieren een immuunrespons oproept. Vervolgens zoeken ze een virus uit waarmee het vaccin kan worden overgedragen en verspreid. Daartoe vangen ze een paar wilde dieren uit de groep die ze willen vaccineren – bijvoorbeeld primaten voor ebola of ratten voor lassakoorts – en isoleren daaruit een virus dat deze dieren op natuurlijke wijze besmet. Tenslotte plakken ze het genetische materiaal van het eiwit in het virus om een overdraagbaar vaccin te creëren.

Al deze vaccins berusten op de werking van cytomegalovirussen (CMV’s), een groep ziekteverwekkers die tot de herpes-familie behoort.

CMV’s helpen onderzoekers om meerdere technische obstakels te overwinnen. Alec Redwood, hoofdonderzoeker aan de University of Western Australia, legt uit dat deze virussen grote genomen van dubbelstrengs DNA hebben, waardoor hun genetische code stabieler is en ze het genetische materiaal van de ziekteverwekker goed kunnen opnemen. Redwood deed in de vroege jaren 2000 zelf onderzoek naar overdraagbare vaccins en maakt nu deel uit van een team dat een vaccin tegen lassakoorts op basis van een CMV ontwikkelt.

Een ander voordeel van CMV’s is dat ze hun gastheer voor de rest van zijn leven besmetten en een goed immuunrespons, maar zelden ernstige symptomen veroorzaken. Maar het belangrijkste is misschien wel dat elk CMV de unieke eigenschap heeft om slechts één specifieke soort te besmetten; zo kan het CMV dat besmettelijk is voor Mastomys natalensis, de rattensoort die de lassakoorts verspreidt, geen andere soorten dan M. natalensis besmetten.

Uit meerdere kleine studies is gebleken dat vaccins op basis van CMV’s voor ebola en rundertuberculose goed werken als ze op traditionele wijze worden geïnjecteerd. Tijdens twee tests onder een groep van circa vijftig apen zorgde het CMV-vaccin tegen rundertuberculose voor een afname van het aantal besmettingen met 68 procent. Tijdens een andere studie overleefden drie van de vier apen die tegen ebola waren ingeënt een directe blootstelling aan dit dodelijke virus.

Volgens Redwood zullen soortgelijke experimenten met een vaccin tegen lassakoorts dit jaar beginnen. Dat vaccin zal bovendien zijn uitgerust met een genetische ‘veiligheidspal’ waarop patent is aangevraagd. Het mechanisme zorgt er volgens Redwood voor dat onderzoekers het aantal keren dat het vaccin zich kan vermeerderen kunnen afstellen en daarmee de levensduur van het vaccin kunnen beperken.

Tot dusver zijn de precieze uitwerkingen en de veiligheid van deze overdraagbare vaccins nog niet in het wild of in het laboratorium getest. Maar uit een recent wiskundig model van de uitwerkingen zou blijken dat de inzet van het vaccin tegen lassakoorts de overdracht van de ziekte onder knaagdieren in minder dan een jaar tijd met 95 procent zal verminderen.

‘Je ziet echt hoe efficiënt dit mechanisme kan zijn,’ zegt Nuismer, een van de hoofdauteurs van het onderzoek naar het wiskundige model.

Risico’s van overdraagbare vaccins

Ondanks de potentiële voordelen wijzen veel experts erop dat er nog maar weinig bekend is over de overdracht en evolutie van zoönotische virussen, waardoor moeilijk is te voorspellen wat er gebeurt als een overdraagbaar vaccin in het wild zou worden uitgetest.

‘Onze inzichten in de dynamiek van infectieziekten in het wild zijn voor een groot deel nog te grof om de uitkomsten van zo’n ingreep met enige precisie te kunnen voorspellen,’ zegt Andrew Peters, assistent-professor op het gebied van ziekten bij wilde dieren aan de Charles Sturt University in Nieuw-Zuid-Wales, Australië, en voorzitter van de Wildlife Disease Association.

Bárcena’s kijk op overdraagbare vaccins veranderde toen hij zag hoe eerdere strategieën om plaagdieren door middel van de doelbewuste inzet van virussen in het wild te bestrijden tot onbedoelde gevolgen leidde.

Zo werd het myxomavirus, dat in Europa zoveel schade onder konijnenpopulaties zou aanrichten, in 1952 in het wild uitgezet door een Fransman die zijn moestuinen tegen de knaagdieren wilde beschermen. In 2018 merkten Spaanse onderzoekers dat een myxomavirus ook wilde hazen (een soort die verwant is aan konijnen) begon te besmetten en doden. Wetenschappers sequentieerden het genoom van de hazensoort en kwamen tot de conclusie dat het myxomavirus zich had vermengd met het pokkenvirus, waardoor het in staat was van de ene soort op de andere over te springen.

‘Ik weet niet of je in een wiskundig model kunt zien dat zoiets zeventig jaar later zou kunnen gebeuren,’ zegt Bárcena, inmiddels hoofdwetenschapper aan het CISA.

Filippa Lentzos, expert in wetenschapsveiligheid aan King’s College London, wijst erop dat virussen genetisch instabiel zijn en zeer vaak muteren. Daardoor zou een overdraagbaar vaccin-virus zich verder kunnen ontwikkelen en daarbij naar een andere soort kunnen overspringen of een andere onbedoelde nevenwerking op wilde of gedomesticeerde dieren en misschien zelfs op mensen kunnen hebben.

Nuismer en Redwood denken dat het zeer onwaarschijnlijk is dat een vaccin op basis van een CMV-virus ooit op een andere soort zou overspringen, gezien de biologie van deze virussen. Hoewel niet precies bekend is waarom CMV’s tijdens hun evolutie het vermogen hebben ontwikkeld om zich specifiek op een enkele soort richten, is er nog nooit een geval in het wild of in een laboratorium geweest waarin een CMV-infectie op een andere soort is overgesprongen.

Een ander potentieel risico van overdraagbare vaccins is de mogelijkheid dat de uitschakeling van een bepaalde ziekteverwekker bij wilde dieren de natuurlijke controle op de populatiegroei zal verstoren. Zo zijn de knaagdieren die lassakoorts verspreiden echte plaagdieren die oogsten en gebouwen verwoesten, voedselvoorraden en drinkwater besmetten en onhygiënische leefomstandigheden creëren. Als deze dieren niet langer aan het virus zouden sterven, zouden hun aantallen astronomisch kunnen toenemen.

‘Stel dat we deze knaagdieren van lassakoorts zouden bevrijden. Dat zou voor de mensheid geweldig zijn, behalve misschien dat dit virus de populatiegroei van knaagdieren aan banden legt of een andere functie vervult. Dan zouden we te maken krijgen met een bevolkingsexplosie van deze dieren,’ zegt Nuismer. ‘Ik zie dat als een zeer aannemelijke factor waarin we ons zouden kunnen vergissen (...), waarbij we de ecologie dus een zetje geven in een richting die we niet op willen,’ zegt hij.

Bovendien groeit het inzicht dat virussen en bacteriën zeer complexe microbiële systemen vormen en elkaars populaties misschien onder controle houden. De uitwerking van een overdraagbaar vaccin dat een bepaald virus zou uitroeien, zou misschien onbedoelde gevolgen hebben.

‘Als je zo drastisch in het natuurlijke evenwicht zou ingrijpen, namelijk door een inheems virus terug te dringen of uit te roeien, zou je het risico lopen dat je andere ziekteverwekkers vrij spel zou geven. Die zouden niet alleen wilde dieren kunnen beïnvloeden maar ook mensen en onze vee- en huisdieren,’ zegt Peters.

Om deze risico’s op te vangen zien Nuismer en Redwood een testvolgorde voor zich waarbij het onderzoek stapje voor stapje wordt uitgevoerd: eerst in het laboratorium en daarna in afgeschermde omgevingen, bijvoorbeeld op een eilandje als Isla del Aire, waar Sánchez-Vizcaíno en zijn team ruim twintig jaar geleden hun experiment hebben uitgevoerd.

Lange weg te gaan

De meeste onderzoekers zijn het erover eens dat overdraagbare vaccins nooit onder mensen verspreid zullen worden omdat er nooit wereldwijde toestemming voor zo’n middel zou worden gegeven.

‘Het lukt ons niet om alle mensen ervan te overtuigen zich tijdens een pandemie te laten inenten, dus het idee dat je de wereldbevolking via een omweg zou vaccineren door middel van een virus en dat je daarbij geen protesten zult uitlokken, is pure fantasie. Het zal nooit op mensen worden toegepast,’ zegt Redwood.

Maar zelfs het gebruik van overdraagbare virussen voor wilde dieren zal op allerlei sociale obstakels stuiten en wat betreft regelgeving zeer lastig zijn.

‘Welke politieke gevolgen hebben zulke ingrepen, die niet aan staats- en landsgrenzen zijn gebonden?’ vraagt Peters zich af.

Sandbrink wijst erop dat het onderzoek naar overdraagbare vaccins op zichzelf al veiligheidsrisico’s met zich meebrengt. Voor de ontwikkeling van zulke vaccins zal er gesleuteld moeten worden aan de overdraagbaarheid en genetische stabiliteit van deze middelen, technieken die ‘zeer goed van pas komen bij het creëren van virussen die pandemieën kunnen veroorzaken en als biologische wapens kunnen dienen,’ zegt hij.

Volgens Sandbrink moeten de wetenschap, de gezondheidszorg en de organen die deze terreinen financieren nadenken over alternatieve oplossingen die dezelfde voordelen kunnen opleveren, maar minder risico’s met zich meebrengen. Zo zouden mensen beter voorgelicht moeten worden over de veilige omgang met wilde dieren, zodat de kans op het overspringen van een virus uit de wilde natuur wordt verkleind. Ook een betere controle op risicogebieden voor het opduiken van zoönotische ziekten en het uitbreiden van onderzoek en ontwikkeling voor traditionele vaccins en behandelingen van infectieziekten bij mens en dier zouden belangrijke bijdragen kunnen zijn.

Gezien de zeer hoge risico’s die ermee gepaard gaan, het internationale karakter van dit soort onderzoek en het feit dat de gevolgen ‘potentieel onomkeerbaar’ zijn, zegt Lentzos dat alle betrokkenen met elkaar in gesprek moeten gaan om uit te zoeken hoe men dit onderzoek wil reguleren.

Nuismer en Redwood denken dat er op dit gebied nog een lange weg te gaan is. ‘Je hoeft geen topwetenschapper te zijn om in te zien dat mensen zenuwachtig worden van het idee om een virale vector overdraagbaar te maken. Het is een concept dat mensen angst aanjaagt,’ zegt Redwood. ‘Zoals ik het zie, zal deze aanpak waarschijnlijk nooit worden gebruikt, maar is het wel verstandig om hem achter de hand te houden. Dan is de technologie goed doordacht tegen de tijd dat we deze misschien toch nodig hebben. Te zeggen dat er helemaal geen onderzoek naar gedaan mag worden omdat het te gevaarlijk is, slaat volgens mij nergens op.’

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com