De uitleg hoe vaccinatie beschermt tegen coronavirus.
(Tenminste, dit is hoe het zou moeten gaan)
mRNA, vector, of eiwit-gebaseerd:
Elk coronavaccin werkt een beetje anders. We laten zien hoe de vaccins het lichaam leren het virus te bestrijden.
Door Annick Ehmann, Florian Schumann en Claudia Wüstenhagen – Programmering: Fabian Dinklage
April 20, 2021, 12:13 pm122 Reacties. Voor de illustraties, zie link:
Funktionsweise der Corona-Impfstoffe: So schützt die Impfung vor dem Coronavirus | ZEIT ONLINE
Een prik in de arm en een paar weken later is het lichaam beschermd tegen het coronavirus. Wat zo eenvoudig klinkt, is gebaseerd op vele complexe processen, vooral in het immuunsysteem. Hoe ze in gang worden gezet, verschilt van vaccin tot vaccin – ZEIT ONLINE laat zien wat er gebeurt.
Welke vaccin-technologieën zijn beschikbaar?
Sommige technologieën zijn al enige tijd in gebruik, terwijl andere voor het eerst in Corona worden toegepast. Hier wordt uitgelegd hoe vaccins werken die al in de EU in gebruik zijn of waarvoor een aanvraag voor een vergunning voor het in de handel brengen in voorbereiding is.
De mRNA-vaccins, zoals die van BioNTech/Pfizer en Moderna, die als eerste in de EU werden goedgekeurd, zijn gebaseerd op een geheel nieuwe vaccintechnologie.
Het principe van vectorvaccins (van o.a. AstraZeneca en Johnson & Johnson) is daarentegen al een keer toegepast in een vaccin tegen ebola.
Het principe van vaccins op basis van eiwitten, bijvoorbeeld tegen griep of hepatitis B, is nog langer beproefd. Het vaccin van Novavax tegen Covid-19 zou binnenkort kunnen worden goedgekeurd voor gebruik in de EU. In Duitsland is het Comirnaty-vaccin van BioNTech/Pfizer het belangrijkste vaccin in termen van hoeveelheid.
Vaxzevria van AstraZeneca wordt momenteel in Duitsland alleen aanbevolen voor mensen ouder dan 60 jaar, omdat zich in individuele gevallen zeldzame vormen van trombose hebben voorgedaan in verband met een tekort aan bloedplaatjes, voornamelijk bij jongere mensen.
In tegenstelling tot de andere vaccins hoeft het geneesmiddel van Johnson & Johnson maar één keer te worden toegediend. Wegens geïsoleerde gevallen van zeldzame bloedstolsels heeft de fabrikant de lancering van zijn vaccin in Europa voorlopig uitgesteld.
Het Europees Geneesmiddelenbureau Ema onderzoekt momenteel de vaccins van CureVac, Sputnik V van het Gamaleja Instituut en het vaccin van Novavax in een lopend herzieningsproces.
Waar is het vaccin op gericht?
Al deze Corona-vaccins zijn ontworpen om het immuunsysteem op hetzelfde doel te trainen: Om het lichaam te leren de spike-eiwitten te herkennen die op het oppervlak van het coronavirus zitten. Ze worden ook wel spikes of spike-eiwitten genoemd. Het virus gebruikt ze om menselijke cellen binnen te dringen en zich daar te vermenigvuldigen.
De eiwitten van de wervelkolom zijn antigenen, d.w.z. structuren die het immuunsysteem als vreemd herkent en bestrijdt. In het geval van infectie met het coronavirus, is dit precies wat er gebeurt. Maar vaccinatie geeft het lichaam een voorsprong.
De immuuncellen kunnen zich al vertrouwd maken met het antigeen zonder enig gevaar van het echte virus. Dus leren ze welke wapens ze er tegen kunnen gebruiken. In zekere zin bouwt het lichaam een arsenaal op voor het geval van een toekomstige infectie.
Elke stinger bestaat uit drie subeenheden. Het coronavirus zelf laat zien hoe deze zijn opgebouwd.
De exacte blauwdruk voor de stekels is verborgen op een bepaald punt in zijn genetisch materiaal. Onderzoekers hebben deze locatie ontcijferd.
Waaruit bestaat de vaccinatie?
Opdat de immuuncellen de eiwitten van de wervelkolom zouden kunnen leren kennen, moeten zij eerst speciaal worden gereconstrueerd. Dit geldt voor alle drie de genoemde vaccinsoorten. In het geval van mRNA- en vectorvaccins doet het lichaam dit zelfs zelf.
Het mRNA-vaccin levert niet rechtstreeks de ruggengraateiwitten, maar alleen een bouwhandleiding daarvoor, in de vorm van m(essenger)RNA of in het Duits: Boten-Ribonukleinsäure. Hierdoor kan het lichaam de stekels later zelf aanmaken – en zo zijn eigen trainingstegenstander creëren.
Voor inoculatie wordt het mRNA verpakt in een omhulsel van kleine vetbolletjes. Zo wordt de gevoelige lading bij aflevering beschermd en kan zij door de cellen worden opgenomen.
Het vectorvaccin levert ook een blauwdruk voor de angelproteïnen.
Het gebruikt echter een andere methode van toediening: de informatie wordt in de vorm van DNA opgenomen in een adenovirus, een onschadelijk verkoudheidsvirus.
Omdat deze virussen zich aan menselijke cellen binden, kunnen zij goed worden gebruikt als transportmiddel om DNA in de cel te brengen. Het adenovirus zelf is zodanig gemodificeerd dat het zich niet in menselijke cellen kan vermenigvuldigen.
Een meer directe weg wordt bewandeld door vaccins op basis van eiwitten, zoals die van Novavax.
Dit komt omdat het geneesmiddel al minuscule corona-eiwitten bevat die in de arm worden geïnjecteerd. Deze stekels zijn eerder gekweekt in mottencellen, geoogst en gebundeld tot nanodeeltjes. In dit geval hoeft het lichaam niet zijn eigen trainingstegenstander te produceren.
Naast deze deeltjes bevat het vaccin een actieve booster afkomstig van de zeepschorsboom. Het trekt immuuncellen aan naar de injectieplaats. Dit zorgt ervoor dat het lichaam sterker reageert op de deeltjes.
Hetzelfde geldt voor alle soorten vaccins: de prik in de arm duurt maar een paar seconden, maar de vaccinatie heeft een effect van dagen en weken. Dus het duurt een tijdje voor de bescherming werkt.
Wat er precies gebeurt tijdens de immuunrespons op cellulair niveau is zeer complex en is nog niet tot in de kleinste details opgehelderd. Maar onderzoekers weten er vrij veel van, onder meer uit ervaring met andere vaccins. Hier geven wij een vereenvoudigde weergave van het proces.
Wat gebeurt er met het vaccin in het lichaam?
Het vaccin wordt in de spier van de arm geïnjecteerd. Daar verspreidt het zich relatief snel in de weefsels. Bij het vaccin op basis van eiwitten worden de vaccindeeltjes daar opgenomen door immuuncellen (hierover later meer). Dit gebeurt ook met de mRNA- en vectorvaccins. Met hen, is er nog een extra pad.
Als deeltjes van deze twee soorten vaccin in contact komen met bijvoorbeeld spier- of bindweefselcellen, kunnen deze cellen ze opnemen. Zo krijgen ze de blauwdruk om de stekende proteïnen te produceren.
De paden binnen de cel verschillen echter.
Wanneer een mRNA-vaccindeeltje een lichaamscel raakt, versmelten de minuscule vetbolletjes van het vaccin met het celmembraan. Het mRNA komt dan in het plasma van de cel terecht. Dit is een belangrijke stap: de blauwdruk voor de angel is geleverd.
Vectorvaccins hebben ook tot doel RNA in het cytoplasma te brengen. Hier is echter een kleine omweg nodig.
De vector transporteert de blauwdruk in de vorm van DNA, dat in RNA moet worden omgezet voordat met de productie van de angel kan worden begonnen.
Wanneer de adenovirusvector de cel tegenkomt, verpakt de cel de vector in een blaasje en trekt het naar binnen. Eenmaal in de cel, lost het blaasje op. De vector hecht zich aan de celkern.
Daar wordt het DNA, dat de blauwdruk bevat voor het corona spine eiwit, getranscribeerd in RNA.
Het RNA komt dan ook in het celplasma terecht. De omweg is voltooid, de blauwdruk voor de steek is beschikbaar.
Zodra het RNA het cytoplasma heeft bereikt, gaat de cel aan het werk en produceert het angelproteïne met behulp van de genetische blauwdruk. Dit productieproces is identiek voor mRNA- en vectorvaccins.
Speciale moleculen in het celplasma lezen het RNA uit. Er wordt een keten van aminozuren gevormd, die vervolgens worden gevouwen tot sub eenheden van het angelproteïne.
Drie sub eenheden worden elk samengevoegd tot een stinger.
Sommige stekels zijn weer in stukken gehakt. Deze fragmenten, maar ook complete stekels, worden vervolgens naar het celmembraan getransporteerd.
De gevaccineerde cellen vertonen de zelfgebouwde stekels of fragmenten daarvan op hun oppervlak, als op een presenteerplaat. Immuun cellen kunnen ze daar dan herkennen.
Sommige lichaamscellen vallen dan uiteen en laten ook stekels en fragmenten los, zodat immuun cellen die kunnen oppikken.
Hoe reageert het immuunsysteem?
Het grootste deel van de immuunrespons wordt uitgevoerd door gespecialiseerde afweercellen, de zogenaamde antigeen-presenterende cellen (APC’s). Het zijn schildwachten en alarmen voor het immuunsysteem. Na de vaccinatie migreren ze van andere plaatsen in het lichaam naar de plaats van vaccinatie in de arm.
Er zijn verschillende manieren waarop APZ’s de immuunrespons op gang kunnen brengen. Zo gaan onderzoekers ervan uit dat zij rechtstreeks vaccin opnemen, net als somatische cellen.
In het geval van mRNA- en vectorvaccins produceren de APZ’s dus zelf stekende eiwitten, net zoals de lichaamscellen dat doen.
De geproduceerde stekels worden vervolgens in fragmenten gehakt. Deze vertonen ook de APZ op hun oppervlak.
Dit gebeurt in de lymfeknopen, waar andere immuuncellen voortdurend op zoek zijn naar juist zulke verdachte fragmenten. Daaronder zijn de zogenaamde T-killer cellen. Sommige van hen kunnen de angelfragmenten herkennen en worden zo geactiveerd.
Als het echte coronavirus later aanvalt, kunnen T-killer cellen geïnfecteerde lichaamscellen herkennen en vernietigen.
We hebben net gezien hoe antigeen-presenterende cellen zelf stingers maken. Maar ze kunnen nog meer doen.
Ze kunnen ook gepikeerde proteïnen of fragmenten daarvan oppikken die in het weefsel rondzweven. Deze zweven rond, bijvoorbeeld, wanneer een gevaccineerde cel desintegreert. Ook in dit geval hebben de APZ’s fragmenten van het wervelkolom-eiwit aan hun oppervlak.
T-helpercellen herkennen de fragmenten en worden erdoor geactiveerd. Zij zijn zoiets als de controlecellen van het immuunsysteem en mobiliseren andere cellen om het virus te bestrijden.
Deze omvatten de B-cellen. Zij zijn het die uiteindelijk de antilichamen produceren: de wapens waarmee het lichaam het virus bestrijdt.
B-cellen kunnen ook delen van ziekteverwekkers herkennen. Om dit te kunnen doen, heeft elke B-cel unieke receptoren op zijn oppervlak.
Er is een extreme verscheidenheid van deze receptoren. Sommige komen precies overeen met het coronavirus ruggengraat eiwit. B-cellen met zulke receptoren kunnen rondzwevende stekende eiwitten herkennen en opnemen
Vervolgens verwerken zij de stekels tot fragmenten en presenteren deze fragmenten op hun oppervlak. Om volledig geactiveerd te worden, hebben de B-cellen later echter nog hulp nodig.
Met proteïnevaccins is het eenvoudiger. Hier hoeven de cellen het stekende eiwit niet zelf te produceren. Het zit al in het vaccin in de vorm van nanodeeltjes.
Antigeen-presenterende cellen nemen de deeltjes op en presenteren fragmenten ervan aan hun oppervlak. Dit activeert ook T-helpercellen en vermoedelijk ook T-killer cellen.
B-cellen kunnen rondzwemmende nano-ruggen detecteren en fragmenten daarvan op hun oppervlak aantreffen.
Dit voldoet aan de voorwaarden voor het lichaam om zich tegen het coronavirus te beschermen. Wat er nu gebeurt, is weer hetzelfde voor alle vaccins.
B-cellen die eerder het eiwit van de ruggengraat hebben opgenomen, presenteren nu fragmenten ervan in de lymfeknopen. Bijpassende geactiveerde T-helpercellen sluiten aan en stimuleren de B-cellen.
Alleen deze dubbele stimulatie leidt tot volledige activatie van de B-cellen.
Als gevolg daarvan vermenigvuldigen de B-cellen zich en worden plasmacellen, die zich ook vermenigvuldigen en grote hoeveelheden antilichamen afscheiden. Het lichaam heeft nu dus een doeltreffend wapen tegen het coronavirus.
Het ingewikkelde herkenningsmechanisme en de dubbele controle zorgen ervoor dat alleen die B-cellen plasmacellen worden die vervolgens daadwerkelijk geschikte antilichamen afscheiden.
Aanvankelijk worden antilichamen aangemaakt die nog geen perfecte match zijn voor de angel van het virus, maar na verloop van tijd worden ze beter en beter – en zo ook de bescherming.
Wat gebeurt er als het echte virus aanvalt?
Na een vaccinatie duurt het iets minder dan twee weken voordat de eerste bescherming is opgebouwd. Bij de meeste vaccins is er echter pas volledige bescherming na de tweede dosis.
Als gevaccineerde personen in contact komen met het echte coronavirus, slaat het immuunsysteem alarm. Nu betaalt de vaccinatie zich uit.
De door de vaccinatie gevormde antilichamen herkennen Sars-CoV-2 aan zijn angelproteïne en hechten zich daaraan vast.
Op die manier voorkomen de antilichamen dat het virus de lichaamscellen binnendringt: Het is geblokkeerd.
Sommige virussen slagen er niettemin in lichaamscellen te kapen in een race tegen het immuunsysteem. Dit is het uur van de T-killer cellen.
Zij herkennen geïnfecteerde lichaamscellen aan de angelfragmenten die zich op hun oppervlak bevinden. De killercellen zenden schadelijke stoffen uit en vernietigen zo de geïnfecteerde cellen.
Dit voorkomt dat het coronavirus zich in deze cellen kan reproduceren. De aanval komt tot stilstand en het immuunsysteem kan de overhand krijgen.
Hoe onthoudt het immuunsysteem?
De antilichamen die na vaccinatie worden gevormd, verdwijnen uiteindelijk uit het bloed. Het is nog niet duidelijk hoe lang dit duurt in het geval van Sars-CoV-2, maar op zijn minst een paar maanden. Als er na verloop van tijd minder antilichamen in het bloed zweven, betekent dit niet dat men dan weer onbeschermd is.
Dat komt omdat na vaccinatie sommige T- en B-cellen geheugencellen worden. Zij kunnen nog tientallen jaren in het lichaam circuleren, ook al zijn de antilichamen allang verdwenen – een soort waakzame lange termijn patrouille.
Bij contact met het virus herinneren de geheugencellen zich het steekproteïne, dat zij al kennen van de vaccinatie. Ze vermenigvuldigen zich en zetten zich weer om in hun actieve vorm.
Op die manier zorgen zij ervoor dat het immuunsysteem snel en doeltreffend kan reageren. In het ideale geval merkt u niet eens dat u weer besmet bent en kunt u het virus niet aan anderen doorgeven.
Mutaties in het genetisch materiaal van het coronavirus zouden er in de toekomst toe kunnen leiden dat het immuunsysteem de ziekteverwekker iets minder goed herkent. Wetenschappers en onderzoekers zijn er echter van overtuigd dat het vaccin nog steeds ernstige progressie of de dood door covid-19 zal voorkomen.
Bovendien zijn de fabrikanten reeds bezig met de aanpassing van hun vaccins aan nieuwe varianten.
Wij danken Leif Erik Sander, hoofd van de groep Infectie-immunologie en Vaccinonderzoek van het Charité-ziekenhuis in Berlijn, en Friedemann Weber, hoofd van het Instituut voor Virologie van de Universiteit van Giessen, voor hun deskundig advies.
*** Vertaald met http://www.DeepL.com/Translator (gratis versie) ***
Quo Vadis 