Dua desain vaksin menangani perlindungan dan keamanan sekaligus
Dua vaksin Zika eksperimental, MutB dan MutC, melindungi mencit dari virus Zika setelah satu kali imunisasi, menghambat penularan dari mencit bunting ke janinnya, dan menghasilkan serum imun yang tidak meningkatkan infeksi oleh satu pun dari empat serotipe virus dengue dalam eksperimen yang dilaporkan. Studi yang diterbitkan pada 15 Juli 2021 di Nature Immunology ini menangani persoalan sulit dalam pembuatan vaksin: antibodi terhadap satu virus terkadang dapat memperburuk infeksi virus lain yang berkerabat.
Daftar Isi
Penting untuk membedakan temuan tersebut dari klaim tentang vaksin mRNA pada monyet rhesus. Studi MutB dan MutC menggunakan vektor adenovirus simpanse, yang diberi kode AdC7, serta model mencit. Studi ini bukan penelitian vaksin mRNA dan tidak melaporkan eksperimen pada monyet rhesus. Hasilnya mendukung pendekatan untuk merancang antigen yang lebih aman, bukan kesimpulan bahwa vaksin mRNA telah mengurangi risiko ini pada primata atau manusia.
Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit Tiongkok, dalam ringkasan penelitian 2021, menjelaskan bagaimana para peneliti mengubah tiga asam amino kunci pada protein selubung Zika. Tujuannya adalah mengarahkan respons imun agar tidak menyasar bagian antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan infeksi dengue, sambil mempertahankan bagian sasaran yang memicu perlindungan terhadap Zika.
Tim tersebut mencakup Gao Fu, Dai Lianpan, dan Yan Jinghua dari Institut Mikrobiologi, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, sebagai penulis korespondensi. Dai, Xu Kun dari Universitas Kedokteran Hainan, dan Li Jinhe dari Institut Ilmu Hayati Beijing merupakan penulis utama bersama. Makalah mereka berjudul Protective Zika vaccines engineered to eliminate enhancement of dengue infection via immunodominance switch.
Mengapa antibodi dapat menjadi masalah keamanan
Peningkatan infeksi yang bergantung pada antibodi, atau ADE, terjadi ketika antibodi menempel pada virus tanpa menetralkannya secara efektif, lalu membantu virus masuk ke sel imun tertentu. Sel-sel tersebut memiliki reseptor yang mengenali antibodi yang menempel pada virus. Alih-alih menghentikan infeksi, interaksi itu dapat meningkatkan infeksi pada sel yang rentan.
Risiko ini sangat relevan bagi Zika dan dengue karena protein permukaan keduanya memiliki sasaran antibodi yang sama. Kedua virus juga dapat ditularkan oleh nyamuk Aedes aegypti, dan wilayah penyebarannya saling tumpang tindih. Karena itu, vaksin untuk mencegah Zika perlu dievaluasi terkait kemungkinan dampaknya terhadap infeksi dengue di kemudian hari.
Tinjauan akademis Zika Virus Vaccines, yang diterbitkan pada 2018 dan tersedia melalui PubMed Central, menguraikan peringatan praktis dari Dengvaxia. Anak-anak tanpa riwayat infeksi dengue yang menerima vaksin dengue tersebut lebih rentan mengalami komplikasi dengue berat dibandingkan anak-anak yang tidak divaksinasi, sehingga penggunaannya dihentikan di Filipina. Pengalaman itu menunjukkan mengapa status riwayat infeksi perlu diperhitungkan dalam penilaian keamanan vaksin.
Hal tersebut tidak membuktikan bahwa setiap vaksin terhadap flavivirus memiliki bahaya yang sama. Demam kuning dan ensefalitis Jepang termasuk dalam kelompok virus yang lebih luas, tetapi bukti yang dibahas di sini berkaitan dengan respons antibodi, desain vaksin, dan urutan infeksi tertentu. Menganggap ADE sebagai penghalang universal bagi semua vaksin dalam kelompok ini akan melampaui temuan tersebut.
Urutan infeksi berpengaruh
Tinjauan 2018 membedakan antara kekebalan terhadap dengue yang diikuti infeksi Zika dan kekebalan terhadap Zika yang diikuti infeksi dengue. Keduanya merupakan situasi biologis yang berbeda, dan hasil dari satu situasi tidak serta-merta menjelaskan situasi lainnya.
Saat itu, eksperimen pada monyet rhesus dengan kekebalan dengue sebelumnya tidak menunjukkan peningkatan jumlah virus Zika atau keparahan penyakit setelah paparan Zika. Bukti awal pada manusia juga tidak menunjukkan bahwa penyakit Zika lebih parah pada orang yang telah memiliki kekebalan terhadap dengue. Namun, pada urutan sebaliknya, penelitian pada primata nonmanusia menemukan peningkatan kadar virus dan sinyal peradangan setelah paparan dengue serotipe 2 pada hewan yang sebelumnya terinfeksi Zika.
Pada 2021, ringkasan CDC Tiongkok mengutip studi kohort manusia yang diterbitkan di Science pada 2020. Studi itu menemukan bahwa infeksi Zika sebelumnya meningkatkan keparahan infeksi dengue berikutnya. Temuan yang lebih baru ini memperkuat alasan untuk memeriksa keamanan terhadap dengue selama pengembangan vaksin Zika. Namun, temuan itu sendiri tidak membuktikan bahwa vaksin Zika tertentu akan menyebabkan dengue berat.
Mengubah sasaran tanpa merusak protein
Para peneliti berfokus pada fusion loop, suatu wilayah pada protein selubung Zika yang juga disebut protein E. Epitop adalah bagian spesifik dari suatu molekul yang dikenali oleh antibodi. Fusion loop memiliki epitop yang dapat menarik antibodi yang mampu menempel pada virus terkait tanpa secara andal menetralkannya.
Mengubah wilayah ini begitu saja dapat menimbulkan masalah lain. Fusion loop sangat lestari di antara virus-virus terkait, artinya urutannya tetap serupa sepanjang evolusi. Perubahan yang tidak cermat dapat merusak struktur protein dan mengurangi kemampuan vaksin untuk merangsang kekebalan yang bermanfaat.
Sebagai gantinya, tim mengganti urutan fusion loop Zika dengan urutan yang sepadan dari flavivirus yang secara evolusioner jauh dan khusus menginfeksi serangga. Substitusi ini mengubah tiga asam amino yang penting bagi pengikatan antibodi yang dikaitkan dengan ADE. Para peneliti kemudian menguji protein yang dimodifikasi dengan antibodi pelindung dan antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan infeksi, untuk mencari desain yang mempertahankan pengenalan yang diinginkan sekaligus menghilangkan pengenalan yang tidak diinginkan.
Dua desain terpilih, MutB dan MutC, dimasukkan ke dalam vaksin AdC7. Vektor adenovirus adalah wahana penghantar yang digunakan untuk membawa instruksi genetik bagi suatu antigen. Vaksin mRNA menggunakan RNA pembawa pesan untuk menyampaikan instruksi tersebut. Keduanya dapat menyajikan antigen yang dirancang kepada sistem imun, tetapi merupakan platform vaksin yang berbeda. Hasil dari satu platform tidak membuktikan kinerja platform lainnya.
Hasil eksperimen pada mencit
Setelah satu kali imunisasi, MutB dan MutC sama-sama melindungi mencit dari paparan Zika eksperimental. Ringkasan CDC Tiongkok melaporkan bahwa virus tidak terdeteksi pada jaringan sasaran yang diperiksa. Respons tersebut disebut sebagai kekebalan steril, yang berarti perlindungan cukup kuat untuk mencegah infeksi terdeteksi, bukan sekadar mengurangi gejala.
Pada mencit bunting, vaksin tersebut juga menghambat penularan ke janin. Beban virus tidak terdeteksi pada plasenta atau otak janin yang diperiksa. Ini merupakan hasil utama karena dampak Zika yang paling serius mencakup mikrosefali dan kelainan lahir lainnya akibat infeksi selama kehamilan.
Hasil ini perlu dipahami sesuai konteks eksperimennya. Tidak ditemukannya virus pada jaringan mencit yang diuji bukan bukti bahwa vaksin akan mencegah setiap infeksi janin pada manusia. Ringkasan tersebut tidak mencantumkan jumlah hewan, batas deteksi secara terperinci, atau lama perlindungan, sehingga besaran dan ketahanan dampaknya belum dapat dinilai secara menyeluruh.
Hasil pada kehamilan ini juga menjawab pertanyaan yang lebih menantang daripada sekadar apakah vaksin menurunkan kadar virus dalam darah. Tinjauan 2018 mencatat bahwa sejumlah eksperimen vaksin dan antibodi sebelumnya secara signifikan mengurangi infeksi, tetapi RNA Zika masih dapat dideteksi pada sebagian plasenta atau jaringan janin. Perlindungan terhadap ibu dan pencegahan sepenuhnya paparan pada janin merupakan hasil yang berkaitan, tetapi tidak dapat disamakan.
Menguji keempat serotipe dengue
Tim menguji apakah serum dari hewan yang divaksinasi dapat meningkatkan infeksi dengue melalui eksperimen laboratorium maupun pada hewan. Dengue memiliki empat serotipe, yaitu bentuk virus yang berbeda dan masing-masing perlu dipertimbangkan dalam penilaian keamanan ini. Hasil MutB dan MutC yang dilaporkan mencakup keempatnya.
Serum dari hewan yang menerima vaksin modifikasi tidak menunjukkan ADE dengue dalam pengujian yang dijelaskan. Eksperimen pemindahan serum, yaitu pemberian serum dari hewan yang divaksinasi kepada hewan penerima, juga tidak menemukan peningkatan infeksi yang terkait dengan MutB atau MutC. Eksperimen semacam ini membantu mengisolasi kontribusi antibodi yang beredar dari bagian lain respons vaksin.
Perbandingan dengan konstruksi yang tidak dimodifikasi, atau tipe liar, merupakan hal penting. Serum yang terkait dengan konstruksi itu memperburuk penyakit dan mempercepat kematian dalam eksperimen pada hewan. Perbedaan ini mendukung gagasan bahwa desain antigen mengubah perilaku respons antibodi, bukan sekadar menghasilkan vaksin yang melindungi terhadap Zika.
Tidak ditemukannya ADE dalam kondisi yang diuji tidak sama dengan tidak adanya kemungkinan ADE dalam segala kondisi. Konsentrasi antibodi, infeksi sebelumnya, dan jarak waktu sejak vaksinasi perlu dipertimbangkan dalam penelitian lanjutan. Tinjauan 2018 secara khusus menyerukan pengukuran yang cermat terhadap antibodi flavivirus yang telah ada dalam studi primata dan uji klinis.
Pergeseran respons imun
Para peneliti menyelidiki alasan desain yang dimodifikasi menunjukkan perilaku berbeda dengan mengurutkan reseptor sel B individual dari sel spesifik antigen di kelenjar getah bening mencit. Sel B menghasilkan antibodi, dan reseptornya membantu mengungkap bagian antigen mana yang mendominasi respons imun.
Pada vaksin tipe liar, lebih dari 60% reseptor sel B yang dianalisis menggunakan tiga kelompok gen germinal. Segmen gen yang diwariskan ini membantu membentuk wilayah pengenalan antibodi. MutB dan MutC menghasilkan pola penggunaan gen yang lebih tersebar, sehingga memecah konsentrasi yang terlihat pada antigen yang tidak dimodifikasi.
Tim kemudian menghasilkan antibodi perwakilan dari kelompok-kelompok yang dominan tersebut. Antibodi yang dipicu vaksin tipe liar menyasar fusion loop, menempel pada keempat serotipe dengue, dan menunjukkan ADE yang cukup besar. Antibodi dominan yang dipicu MutB dan MutC hanya sedikit menempel pada serotipe-serotipe dengue dan tidak menunjukkan ADE dalam pengujian yang dilaporkan.
Analisis struktural MutC memberikan penjelasan fisik. Protein yang dimodifikasi mempertahankan susunan protein E berpasangan yang penting bagi pengenalan oleh antibodi pelindung. Pada fusion loop yang diubah, perubahan bentuk molekul dan muatan listrik menghambat pengikatan antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan infeksi. Secara keseluruhan, analisis reseptor, pengujian antibodi, dan kajian struktural menjelaskan peralihan imunodominansi yang disebut dalam makalah tersebut: respons bergeser dari sasaran yang sebelumnya dominan.
Linimasa dan batas bukti
Temuan ini merupakan bagian dari rangkaian penelitian selama beberapa tahun. Pemisahan tanggal-tanggal tersebut mencegah informasi uji klinis terdahulu atau hasil pada mencit yang lebih baru disajikan seolah-olah sebagai terobosan vaksin baru pada primata.
- 2015 hingga 2016: Epidemi Zika menjadi darurat kesehatan masyarakat internasional, dengan cedera pada janin sebagai salah satu kekhawatiran utama.
- Sejak 2016: Tim peneliti Tiongkok mempelajari struktur protein E Zika dan antibodi pelindung, sebagai dasar untuk merancang ulang antigen.
- 2018: Tinjauan akademis menguraikan uji vaksin, studi perlindungan pada hewan, serta kekhawatiran yang belum terjawab mengenai peningkatan infeksi dengue dan perlindungan janin.
- 2020: Studi kohort manusia yang dikutip dalam ringkasan CDC Tiongkok mengaitkan infeksi Zika sebelumnya dengan dengue berikutnya yang lebih parah.
- 15 Juli 2021: Studi MutB dan MutC diterbitkan secara daring di Nature Immunology.
Tinjauan 2018 mencatat 13 uji vaksin Zika yang sedang berlangsung di berbagai platform, termasuk vaksin mRNA, DNA, dan virus yang diinaktivasi. Angka tersebut menggambarkan situasi pada saat itu, bukan status uji coba saat ini. Demikian pula, laporan tahun 2021 menyatakan bahwa saat itu belum ada vaksin Zika yang disetujui; laporan tersebut tidak menetapkan posisi regulasi saat ini.
Temuan MutB dan MutC tidak mencakup hasil efikasi pada manusia, data keamanan kehamilan pada manusia, atau jadwal pengujian klinis. Tidak ada jadwal sidang mendatang, keputusan regulasi, atau dimulainya uji coba yang disebutkan. Penilaian lebih lanjut perlu mengkaji daya tahan perlindungan, paparan dengue sebelumnya, perlindungan selama kehamilan, serta apakah respons antibodi tetap menguntungkan saat kekuatannya berubah seiring waktu.
Dengan demikian, kemajuan yang dicapai bersifat spesifik: perubahan yang disengaja pada antigen mempertahankan perlindungan terhadap Zika sekaligus menghilangkan peningkatan infeksi dengue yang terdeteksi dalam eksperimen pada mencit. Temuan ini memberikan bukti bagi strategi desain, sementara penilaian pada primata, pengujian klinis, dan tinjauan regulasi masih belum dilakukan.
Poin-Poin Utama
- MutB dan MutC adalah vaksin vektor AdC7 yang diuji pada mencit, bukan vaksin mRNA yang diuji pada monyet rhesus.
- Satu kali imunisasi melindungi mencit dari Zika dan menghambat penularan yang terdeteksi ke jaringan janin dalam eksperimen yang dilaporkan.
- Serum imun tidak menunjukkan ADE terhadap satu pun dari keempat serotipe dengue dalam kondisi yang diuji.
- Desain tersebut mengubah tiga asam amino kunci pada fusion loop protein E, sekaligus mempertahankan sasaran antibodi pelindung.
- Analisis sel B dan struktural mendukung adanya pergeseran menjauhi antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan infeksi dengue.
- Studi ini diterbitkan pada 15 Juli 2021 dan tidak membuktikan keamanan atau efikasi pada manusia.
