Antimicrobiële resistentie (AMR) wordt door de World Health Organization (WHO) bestempeld als een ernstige bedreiging voor de wereldwijde volksgezondheid. Jaarlijks sterven een miljoen mensen aan de gevolgen van onbehandelbare infectieziekten en 'superbacteriën'. In de toekomst zou AMR zelfs dodelijker kunnen worden dan kanker.

Eén van de mogelijke pistes om dat scenario te keren, is de ontwikkeling van efficiënte vaccins tegen resistente microben. Door profylactisch te werken, daalt het aantal bacteriële infecties, bijgevolg het antibioticagebruik ervoor en zo, de resistentie aan die behandelingen. Ook kunnen multivalente mRNA-vaccins, die gericht zijn tegen meerdere antigenen tegelijk, voorkomen dat de ziekteverwekkers 'ontsnappingsmutaties' ontwikkelen.

Intracellulair

Francis Impens is hoogleraar aan het UGent Departement voor Biomoleculaire Geneeskunde en leidt zijn eigen laboratorium in het VIB-UGent Centrum voor Medische Biotechnologie. Zijn team werkt samen met Ine Lentacker en Stefaan De Smet van de faculteit Farmacie. "Zelf zijn we gespecialiseerd in 'antigen discovery'. Wij bepalen wat je precies moet coderen in een vaccin opdat het bescherming biedt tegen een bepaald pathogeen. Onze collega's van de farmacie gaan dan over tot de formulering van die vaccins", legt Francis Impens uit.

Eén van de niche-toepassingen waar de Gentse onderzoekers op inzetten is de ontwikkeling van mRNA-vaccins tegen intracellulaire bacteriën. De aangepaste intracellulaire levensstijl van bacteriën als Salmonella, Chlamydia en Listeria maakt ze tot moeilijke doelwitten voor traditionele vaccins. "Bij een klassiek vaccin spuit men het antigeen intramusculair in.(1) Vereenvoudigd uitgelegd leidt de inenting van dat antigeen(extract), vaak in combinatie met een hulpstof om de immuunrespons te verhogen, vooral tot de productie van antilichamen tegen de ziektekiem", zo verduidelijkt hij.

We hebben dringend alternatieve oplossingen nodig voor deze levensbedreigende resistente stammen

Antigeenbevattende vaccins activeren dus voornamelijk een humorale immuniteit, die we kunnen evalueren via antilichaambepaling. Een cellulaire, cytotoxische respons, met aanmaak van specifieke CD8+-T-lymfocyten, is moeilijker te bekomen met die standaardvaccins. En laat dit cellulair immuunantwoord nu net cruciaal zijn om effectieve bescherming te bieden tegen intracellulaire bacteriën. Antigeencoderende vaccins, zoals mRNA-vaccins en virale vectorvaccins, hebben als voordeel dat het antigeen intracellulair wordt aangemaakt, in het cytosol van de gastheercel. Doordat de levenscyclus van de microbe als het ware wordt nagebootst, worden cytotoxische T-cellen geactiveerd.(2)

Drie entiteiten

Na een baanbrekende 'proof of concept'- studie(3), waarbij Francis Impens' team erin slaagde om beschermende immuniteit op te wekken tegen Listeria monocytogenes a.d.h.v. een mRNA-vaccin, sleepten ze een Europese financiering van negen miljoen euro in de wacht om méér vaccins te ontwikkelen.(5) "Listeria is een modelbacterie die uitsluitend bestreden kan worden met een cytotoxische T-cel-respons. Antilichamen komen er nauwelijks aan te pas. Het feit dat we via mRNA-vaccinatie immuniteit konden opwekken tegen listeriose, is ongekend. Het geeft perspectief voor de toekomst, voor andere, problematische pathogenen die we tot nog toe niet preventief konden benaderen", zegt Francis Impens.

Het labo zet nu verder in op de ontwikkeling van mRNA-vaccins tegen drie intracellulaire bacteriën. Die laatste vertonen elk een (sterk) stijgende resistentie tegen de huidige beschikbare antibiotica én staan model voor een bredere, onbeantwoorde medische nood:

· Mycobacterium tuberculosis, specifieker de multiresistente (MDR) variant van het TBC-pathogeen. Door de zware tol die de ziekte eist in een hoop landen met lage inkomens, staat tuberculose, samen met malaria en HIV, bovenaan de prioriteitenlijst van de WHO. MDR-TBC is vandaag ongevoelig voor de twee krachtigste antibiotica (isoniazide en rifampicine) en is in endemische regio's van Afrika en India zowat onbehandelbaar geworden. Door de globalisering komen dergelijke kiemen nu ook bij ons terecht. Profylaxe kan een oplossing bieden. Daarnaast is een vierde van de wereldbevolking latente drager van de tuberculosebacil. Bij hen moeten de mRNA-vaccins actieve infectie tegengaan.

· Mycobacterium ulcerans, de bacterie die 'Buruli ulcer' veroorzaakt: een verwaarloosde tropische ziekte die de huid en botten permanent kan aantasten. 'Neglected tropical diseases' (NTD's) zijn een diverse groep infectieziekten die voorkomen in (sub)tropische gebieden en vaak geassocieerd worden met armoede, ontoereikende sanitaire voorzieningen en beperkte toegang tot gezondheidszorg. NTD's hebben invaliderende, chronische gevolgen voor meer dan een miljard mensen wereldwijd. Voorbeelden zijn denguekoorts, schistosomiasis en de ziekte van Chagas. Ook voor deze categorie kan vaccinatie een keerpunt betekenen.

· Acinetobacter baumanii, één van de ESKAPE(4)-pathogenen: een groep bacteriën die uiterst virulent en antibioticaresistent zijn. De derde pijler betreft de nosocomiale infecties, de ziekenhuisbacteriën. Acinetobacter baumanii is gekend om op veel medical devices, zoals katheters, te blijven groeien. ESKAPE-kiemen kunnen nog maar met weinig antibiotica behandeld worden. We hebben dringend alternatieve oplossingen nodig voor deze levensbedreigende resistente stammen. Gaan we naar een spuitje tegen ziekenhuisinfecties?

Voor de drie ziekteverwekkers zal de volledige onderzoeks- en ontwikkelingspijplijn doorlopen worden.(5) Voor Mycobacterium tuberculosis zal dit eindigen in een fase I klinische studie in UZ Gent. "Het grote verschil tussen virussen en complexere pathogenen is dat de meeste virussen slechts coderen voor een dozijn antigenen. Meestal is het ook duidelijk welke van die eiwitten immunogeen zijn - van MERS en SARS wist men dat het spike-eiwit getarget moest worden", geeft Francis Impens als voorbeeld. "Bij bacteriën, maar ook bij parasieten bijvoorbeeld, heb je die kennis niet. De jongste generatie massaspectrometers zorgt nu voor nieuwe inzichten."

Massaspectrometrie

"Met massaspectrometers kunnen we eiwitten identificeren in complexe biologische stalen. We meten de antigene peptiden, ook wel immunopeptiden genoemd, en bepalen na kwantificatie welke bacteriële peptiden en eiwitten immunodominant zijn, want dat zijn goede kandidaten voor het vaccin", legt Francis Impens uit. "Het idee van die 'antigen discovery'-techniek is niet nieuw, maar is pas de laatste jaren mogelijk geworden door de sterk toegenomen gevoeligheid van moderne massaspectrometers." Nadien wordt de gekozen sequentie gecodeerd in een mRNA-vaccin, waarbij een adjuvans wordt ingebouwd voor extra immuunstimulatie, en gaat men over tot muisstudies.

"We slaan enorm veel stappen over die je bij de klassieke vaccinontwikkeling wel moet doorlopen", voegt de biomedisch onderzoeker toe. Behalve het feit dat antigeencoderende vaccins een sterke cellulaire immuunrespons kunnen opwekken, zijn mRNA-vaccins dus relatief eenvoudig te ontwikkelen. Daarom, en ook omdat ze zo veilig in gebruik zijn, genieten mRNA-vaccins de voorkeur t.o.v. virale vectorvaccins. Daarnaast is gebleken dat ze gewoon ontzettend goed werken. Een bijkomend voordeel is dat dit type vaccin een oplossing kan bieden voor immuungecompromitteerde populaties, die bepaalde inentingen (zoals live-attenuated vaccins) niet mogen krijgen.

Andere pistes

AMR is het gevolg van een jarenlang, wijdverspreid en overmatig antibioticagebruik, niet alleen in de gezondheidszorg, maar ook in de landbouwsector en de voedingsindustrie. Antibioticaresiduen vinden hun weg tot in voedselgewassen, levensmiddelen en het milieu. Wat kunnen we nog doen tegen die bacteriën die antibiotica steeds vaker te slim af zijn? "De ontwikkeling van nieuwe antibiotica blijft gewenst. Het probleem is dat dit steeds minder interessant wordt voor farmaceutische bedrijven, want die producten zouden enkel in zeer uitzonderlijke gevallen voorgeschreven worden", zegt de specialist.

Er zijn nog alternatieve pistes, zoals bacteriofaagtherapie. Bacteriofagen zijn kleine virussen die bacteriën kunnen afdoden. Ook monoklonale antilichamen kunnen bescherming bieden tegen specifieke infecties. "Al zie ik persoonlijk een grote rol weggelegd voor mRNA-vaccins", sluit Francis Impens af.

Opmerkingen:

(1) In de vorm van het (geïnactiveerde of levend verzwakte) micro-organisme zelf, of als macromolecule, bv. een spike-eiwit of anatoxine.

(2) Via de presentatie van pathogene eiwitten op MHC-I-moleculen.

(3) Mayer RL, et al. Immunopeptidomics-based design of mRNA vaccine formulations against Listeria monocytogenes. Nat Commun 13, 6075 (2022).

(4) Acroniem voor Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa en Enterobacter spp.

(5) Meer info vind je op de website van het Europees consortium: baxerna.eu

De mRNA-technologie wordt nu ook ingeschakeld voor antitumorvaccins. In UZ Gent lopen al klinische studies bij patiënten met longkanker, o.l.v. prof. Karim Vermaelen en prof. Bart Vandekerckhove. Men identificeert de tumorspecifieke eiwitten, ook wel neo-antigenen, en creëert gepersonaliseerde vaccins. De bedoeling is dat de patiënt een specifieke T-cel-respons ontwikkelt tegen circulerende kankercellen, om herval tegen te gaan.

Leerdoelen

Na het lezen van dit artikel bent u vertrouwd met:

?? Antimicrobiële resistentie als drijfveer voor het ontwikkelen van antibacteriële mRNA-vaccins.

?? De ontwikkeling van mRNA-vaccins tegen intracellulaire bacteriën als niche binnen dit domein.

?? Antigeenbevattende versus antigeencoderende vaccins bij het opwekken van T-celimmuniteit.

?? De centrale rol van T-celimmuniteit bij infecties met intracellulaire bacteriën.

?? Massaspectrometrie als techniek voor het identificeren van immunodominante eiwitten bij bacteriën.

?? Een aantal specifieke voordelen van mRNA-vaccins.

Antimicrobiële resistentie (AMR) wordt door de World Health Organization (WHO) bestempeld als een ernstige bedreiging voor de wereldwijde volksgezondheid. Jaarlijks sterven een miljoen mensen aan de gevolgen van onbehandelbare infectieziekten en 'superbacteriën'. In de toekomst zou AMR zelfs dodelijker kunnen worden dan kanker.Eén van de mogelijke pistes om dat scenario te keren, is de ontwikkeling van efficiënte vaccins tegen resistente microben. Door profylactisch te werken, daalt het aantal bacteriële infecties, bijgevolg het antibioticagebruik ervoor en zo, de resistentie aan die behandelingen. Ook kunnen multivalente mRNA-vaccins, die gericht zijn tegen meerdere antigenen tegelijk, voorkomen dat de ziekteverwekkers 'ontsnappingsmutaties' ontwikkelen. Francis Impens is hoogleraar aan het UGent Departement voor Biomoleculaire Geneeskunde en leidt zijn eigen laboratorium in het VIB-UGent Centrum voor Medische Biotechnologie. Zijn team werkt samen met Ine Lentacker en Stefaan De Smet van de faculteit Farmacie. "Zelf zijn we gespecialiseerd in 'antigen discovery'. Wij bepalen wat je precies moet coderen in een vaccin opdat het bescherming biedt tegen een bepaald pathogeen. Onze collega's van de farmacie gaan dan over tot de formulering van die vaccins", legt Francis Impens uit. Eén van de niche-toepassingen waar de Gentse onderzoekers op inzetten is de ontwikkeling van mRNA-vaccins tegen intracellulaire bacteriën. De aangepaste intracellulaire levensstijl van bacteriën als Salmonella, Chlamydia en Listeria maakt ze tot moeilijke doelwitten voor traditionele vaccins. "Bij een klassiek vaccin spuit men het antigeen intramusculair in.(1) Vereenvoudigd uitgelegd leidt de inenting van dat antigeen(extract), vaak in combinatie met een hulpstof om de immuunrespons te verhogen, vooral tot de productie van antilichamen tegen de ziektekiem", zo verduidelijkt hij. Antigeenbevattende vaccins activeren dus voornamelijk een humorale immuniteit, die we kunnen evalueren via antilichaambepaling. Een cellulaire, cytotoxische respons, met aanmaak van specifieke CD8+-T-lymfocyten, is moeilijker te bekomen met die standaardvaccins. En laat dit cellulair immuunantwoord nu net cruciaal zijn om effectieve bescherming te bieden tegen intracellulaire bacteriën. Antigeencoderende vaccins, zoals mRNA-vaccins en virale vectorvaccins, hebben als voordeel dat het antigeen intracellulair wordt aangemaakt, in het cytosol van de gastheercel. Doordat de levenscyclus van de microbe als het ware wordt nagebootst, worden cytotoxische T-cellen geactiveerd.(2) Na een baanbrekende 'proof of concept'- studie(3), waarbij Francis Impens' team erin slaagde om beschermende immuniteit op te wekken tegen Listeria monocytogenes a.d.h.v. een mRNA-vaccin, sleepten ze een Europese financiering van negen miljoen euro in de wacht om méér vaccins te ontwikkelen.(5) "Listeria is een modelbacterie die uitsluitend bestreden kan worden met een cytotoxische T-cel-respons. Antilichamen komen er nauwelijks aan te pas. Het feit dat we via mRNA-vaccinatie immuniteit konden opwekken tegen listeriose, is ongekend. Het geeft perspectief voor de toekomst, voor andere, problematische pathogenen die we tot nog toe niet preventief konden benaderen", zegt Francis Impens. Het labo zet nu verder in op de ontwikkeling van mRNA-vaccins tegen drie intracellulaire bacteriën. Die laatste vertonen elk een (sterk) stijgende resistentie tegen de huidige beschikbare antibiotica én staan model voor een bredere, onbeantwoorde medische nood: · Mycobacterium tuberculosis, specifieker de multiresistente (MDR) variant van het TBC-pathogeen. Door de zware tol die de ziekte eist in een hoop landen met lage inkomens, staat tuberculose, samen met malaria en HIV, bovenaan de prioriteitenlijst van de WHO. MDR-TBC is vandaag ongevoelig voor de twee krachtigste antibiotica (isoniazide en rifampicine) en is in endemische regio's van Afrika en India zowat onbehandelbaar geworden. Door de globalisering komen dergelijke kiemen nu ook bij ons terecht. Profylaxe kan een oplossing bieden. Daarnaast is een vierde van de wereldbevolking latente drager van de tuberculosebacil. Bij hen moeten de mRNA-vaccins actieve infectie tegengaan. · Mycobacterium ulcerans, de bacterie die 'Buruli ulcer' veroorzaakt: een verwaarloosde tropische ziekte die de huid en botten permanent kan aantasten. 'Neglected tropical diseases' (NTD's) zijn een diverse groep infectieziekten die voorkomen in (sub)tropische gebieden en vaak geassocieerd worden met armoede, ontoereikende sanitaire voorzieningen en beperkte toegang tot gezondheidszorg. NTD's hebben invaliderende, chronische gevolgen voor meer dan een miljard mensen wereldwijd. Voorbeelden zijn denguekoorts, schistosomiasis en de ziekte van Chagas. Ook voor deze categorie kan vaccinatie een keerpunt betekenen. · Acinetobacter baumanii, één van de ESKAPE(4)-pathogenen: een groep bacteriën die uiterst virulent en antibioticaresistent zijn. De derde pijler betreft de nosocomiale infecties, de ziekenhuisbacteriën. Acinetobacter baumanii is gekend om op veel medical devices, zoals katheters, te blijven groeien. ESKAPE-kiemen kunnen nog maar met weinig antibiotica behandeld worden. We hebben dringend alternatieve oplossingen nodig voor deze levensbedreigende resistente stammen. Gaan we naar een spuitje tegen ziekenhuisinfecties? Voor de drie ziekteverwekkers zal de volledige onderzoeks- en ontwikkelingspijplijn doorlopen worden.(5) Voor Mycobacterium tuberculosis zal dit eindigen in een fase I klinische studie in UZ Gent. "Het grote verschil tussen virussen en complexere pathogenen is dat de meeste virussen slechts coderen voor een dozijn antigenen. Meestal is het ook duidelijk welke van die eiwitten immunogeen zijn - van MERS en SARS wist men dat het spike-eiwit getarget moest worden", geeft Francis Impens als voorbeeld. "Bij bacteriën, maar ook bij parasieten bijvoorbeeld, heb je die kennis niet. De jongste generatie massaspectrometers zorgt nu voor nieuwe inzichten." "Met massaspectrometers kunnen we eiwitten identificeren in complexe biologische stalen. We meten de antigene peptiden, ook wel immunopeptiden genoemd, en bepalen na kwantificatie welke bacteriële peptiden en eiwitten immunodominant zijn, want dat zijn goede kandidaten voor het vaccin", legt Francis Impens uit. "Het idee van die 'antigen discovery'-techniek is niet nieuw, maar is pas de laatste jaren mogelijk geworden door de sterk toegenomen gevoeligheid van moderne massaspectrometers." Nadien wordt de gekozen sequentie gecodeerd in een mRNA-vaccin, waarbij een adjuvans wordt ingebouwd voor extra immuunstimulatie, en gaat men over tot muisstudies. "We slaan enorm veel stappen over die je bij de klassieke vaccinontwikkeling wel moet doorlopen", voegt de biomedisch onderzoeker toe. Behalve het feit dat antigeencoderende vaccins een sterke cellulaire immuunrespons kunnen opwekken, zijn mRNA-vaccins dus relatief eenvoudig te ontwikkelen. Daarom, en ook omdat ze zo veilig in gebruik zijn, genieten mRNA-vaccins de voorkeur t.o.v. virale vectorvaccins. Daarnaast is gebleken dat ze gewoon ontzettend goed werken. Een bijkomend voordeel is dat dit type vaccin een oplossing kan bieden voor immuungecompromitteerde populaties, die bepaalde inentingen (zoals live-attenuated vaccins) niet mogen krijgen. AMR is het gevolg van een jarenlang, wijdverspreid en overmatig antibioticagebruik, niet alleen in de gezondheidszorg, maar ook in de landbouwsector en de voedingsindustrie. Antibioticaresiduen vinden hun weg tot in voedselgewassen, levensmiddelen en het milieu. Wat kunnen we nog doen tegen die bacteriën die antibiotica steeds vaker te slim af zijn? "De ontwikkeling van nieuwe antibiotica blijft gewenst. Het probleem is dat dit steeds minder interessant wordt voor farmaceutische bedrijven, want die producten zouden enkel in zeer uitzonderlijke gevallen voorgeschreven worden", zegt de specialist. Er zijn nog alternatieve pistes, zoals bacteriofaagtherapie. Bacteriofagen zijn kleine virussen die bacteriën kunnen afdoden. Ook monoklonale antilichamen kunnen bescherming bieden tegen specifieke infecties. "Al zie ik persoonlijk een grote rol weggelegd voor mRNA-vaccins", sluit Francis Impens af.