Classificazione dei vaccini

I vaccini si possono dividere in tre categorie in base al principio attivo:

  1. vaccini con microrganismi attenuati
  2. vaccini con microrganismi uccisi o inattivati
  3. vaccini con componenti del microrganismo (si parla di principi acellulari o subunitari)

Vediamo ora degli esempi per ogni categoria.

Abbiamo già parlato dell’attenuazione che si ottiene attraverso i ripetuti passaggi in laboratorio di un ceppo patogeno. Per esempio, il vaccino contro la tubercolosi, o TBC, si ottiene in laboratorio in questo modo. Si prende il batterio responsabile della tubercolosi del bovino, trattato per 13 anni in vari terreni di coltura e che dopo 231 passaggi diventa non più virulento e mantiene l’attività immunogenica.
Come abbiamo detto prima, il batterio ha perso la sua patogenicità per mutazione.

La poliomelite è dovuta ad un virus che colpisce i neuroni motori α e porta ad una paralisi flaccida degli arti, mentre se l’infezione avviene a livello bulbare si ha una difficoltà nella ventilazione.
In Italia all’inizio nel 1952 c’erano più di 8000 casi all’anno, mentre ora ci sono poche decine di casi all’anno.
Per produrre il vaccino si infettano delle cellule epiteliali isolate e in seguito a numerose moltiplicazioni si selezionano solo i ceppi che mutandosi hanno perso le capacità di infettare i neuroni, poi vengono inoculati nell’individuo inducendo la risposta immunogenica. Si parla di attenuazione della neuro-virulenza.

Solitamente il processo di attenuazione ha delle basi molecolari ben note e si sa in cosa consiste, perché si hanno delle mutazioni che rendono nulla la patogenicità, per la poliomelite si conoscono tre ceppi isolati di virus che non sono in grado di infettare i motoneuroni α. Nel primo ceppo le mutazioni sono più di 50, quindi il ceppo è molto stabile e sicuro, nel secondo le mutazioni sono una ventina, mentre nel terzo ceppo, che presenta solo tre mutazioni puntiformi, in un caso su un milione il paziente può contrarre la poliomelite. Quest’ultimo era il vaccino di Salk, il quale inoculava questi tre ceppi di virus vivi, con un rischio basso, ma comunque presente, per la popolazione. Proprio per questo motivo si è deciso di sostituirlo con un vaccino nel quale il virus viene inattivato, quindi ucciso, perciò la sua patogenicità è assolutamente nulla.

I vaccini vivi e i vaccini non vivi hanno delle differenze notevoli:

  1. Quelli non vivi sono molti più sicuri, mentre quello vivo pur essendo non patogenico, è comunque un microrganismo vivo. Questo è di particolare interesse nelle persone con le difese immunitarie ridotte, per esempio le persone HIV positive, dove anche un microrganismo attenuato può divenire pericoloso
  2. Il vaccino attenuato vivo non è molto stabile e devo mantenerlo ad una temperatura di 4° C
  3. Il vaccino vivo costa molto meno, perché può essere prodotto comodamente in laboratorio lasciando replicare il patogeno
  4. Il vaccino vivo da una immunità molto più duratura perché è sempre un microrganismo vivo che mima una infezione che è simile a quella patogena. Questo è molto importante perché a seconda di come il microrganismo si comporta, il nostro sistema immunitario prediligerà una risposta TH1 o TH2 ed una più intensa o meno risposta umorale a seconda di dove l’infezione si vada a localizzare. Questo ci permette una difesa molto più efficace.

I vaccini formati con le parti dei microrganismi contengono del materiale derivante dagli antigeni.
Questi sono i classici vaccini contro delle patologie come la difterite, il tetano (che agiscono tramite delle tossine detossificate), contro l’epatite B (ho un antigene che media l’attacco del virus agli epatociti), oppure i vaccini che contengono i componenti della capsula.

Solitamente i batteri hanno una capsula formata da dei polisaccaridi complicati, a parte quello dell’antrace che ce l’ha proteico. Questa capsula è un fattore di protezione dai macrofagi e dai leucociti, se invece sono presenti gli anticorpi per questi polisaccaridi, questi legano la capsula batterica ed i macrofagi a questo punto attraverso dei fattori chemiotattici raggiungono il batterio e lo fagocitano. Quindi in questo caso è fondamentale la formazione degli anticorpi, più che di una risposta cellulo-mediata, ed è per questo che si utilizzano i vaccini con delle componenti subunitarie che solitamente sono gli zuccheri della capsula.

La ricerca ha sempre più preferito sviluppare il suo ambito di ricerca su questi tipi di vaccini, che sono particolarmente sicuri e abbastanza efficaci. Un esempio è il vaccino antinfluenzale, che espone come antigene di superficie delle proteine importanti per l’aggancio del virus alla cellula ospite. Tuttavia i virus mutano molto più frequentemente di altri organismi patogeni, perché vi può essere il fenomeno nel quale una cellula è infettata da due virus diversi contemporaneamente.
Le vaccinazioni che sono obbligatorie in Italia sono la difterite, il tetano, la poliomelite e l’epatite B, solitamente combinati con la pertosse. Quelle consigliate sono il morbillo, la parotite e la rosolia.
L’approccio delle biotecnologie ai vaccini è rivolto a sviluppare i vaccini subcellulari. Per esempio, il vaccino della pertosse era un vaccino cellulare molto efficace, che però dava in un caso su 500’000 dei danni neurologici gravi, quindi è stato sostituito.
E’ stata identificata una tossina molto importante perché induce un’importante immunogenicità.
E’ una tossina abbastanza complessa e molto complicata perché ha un’attività enzimatica di ADP ribosilazione, cioè la sostituisce l’ADP-ribosio col nicotinammide, con una conseguente perdita della funzione proteica. L’obiettivo quindi è di annullare questa funzione enzimatica.
Il primo approccio è quello di trattare l’enzima con la formaldeide e d’indurre una parziale denaturalizzazione, ma questo tipo di vaccino non è molto efficace, perché vengono distrutti gli epitopi, mentre le biotecnologie hanno trovato un’ulteriore soluzione, la denaturalizzazione genica.
Nel gene di questa tossina sono state introdotte due mutazioni puntiformi particolari in modo tale da fare cambiare la conformazione sterica della tasca interna (o sito catalitico) dell’enzima, quella responsabile dell’attività enzimatica, lasciando integra la struttura della proteina.

Questo induce un grosso vantaggio perché la tossina è denaturalizzata ma allo stesso tempo integra, quindi avrò la formazione di una risposta immunitaria efficace.
Facciamo ora gli ultimi due esempi.

Posso anche vaccinare un soggetto attraverso l’inoculazione di vaccini a DNA, che sono praticamente costituiti da plasmidi (sono delle molecole di DNA a doppia catena), che codificano per un antigene di interesse.
Una volta inoculato il plasmide intramuscolo posso far produrre la proteina di interesse direttamente all’individuo. Ci sono tuttavia una serie di problematiche legate alla sicurezza di questi vaccini, perché l’integrazione dei plasmidi al DNA cellulare può portare alla formazione di cellule tumorali.

Oppure si può pensare di iniettare il plasmide in un batterio, come l’Escherichia coli, e far produrre a questo la proteina di interesse.

 

La ricerca agisce anche sui vaccini commestibili, dove vi sono due approcci possibili. Il primo è dovuto ad un batterio che è l’Agrobacterium tumefaciens, che vive nel terreno ed infetta le piante attraverso un processo che porta alla formazione della cosiddetta “galla del colletto”. La “galla del colletto” è data da una ferita della pianta dove il batterio si annida, prolifera e trasferisce il materiale genetico responsabile dei tumori vegetali. Questo perché il batterio contiene un plasmide che contiene T-DNA (è un DNA trasmissibile), che può trasferire anche un gene di nostro interesse.

Quindi se trasferisco alla pianta attraverso questo batterio un certo gene, posso fare crescere quelle cellule vegetali e formerò una pianta transgenica che mi presenta il mio antigene, che può essere introdotto per via alimentare.

I vantaggi sono elevati, perché non uso delle siringhe, ho dei costi molto bassi, una diffusione veloce, tuttavia i livelli di antigene presentati da una patata o da un pomodoro sono abbastanza ridotti, se la verdura viene cotta, inoltre, l’antigene viene denaturato e quindi non è più efficace.