Een onderzoeksteam van de Universiteit van Cambridge in Groot-Brittannië heeft onlangs aangekondigd dat een nieuw DNA-vaccin, ontworpen met behulp van kunstmatige intelligentie (AI), zijn eerste proef op mensen heeft afgerond. Het doel is om breedspectrumbescherming te bieden tegen alle bekende varianten van het menselijke coronavirus en aanverwante virussen die mogelijk via één enkele vaccinatie van vleermuizen op mensen worden overgedragen.

Het vaccin wordt door onderzoekers beschreven als een ‘fundamenteel nieuw’ type vaccin, met belangrijke antigene componenten die volledig met AI zijn ontworpen. Traditionele vaccins richten zich meestal op een specifiek virus en trainen het immuunsysteem om één of enkele virale eiwitten te herkennen. Virussen blijven echter muteren. Wanneer het mutatiebereik groot genoeg is, zal de beschermende kracht van het originele vaccin aanzienlijk worden verminderd. Dit is de reden waarom het griepvaccin elk jaar moet worden bijgewerkt en de formule van het nieuwe coronavirusvaccin sinds 2021 vele malen is bijgewerkt. Het onderzoeksteam wees erop dat AI een nieuwe oplossing voor dit probleem biedt: door de genetische gegevens van duizenden verwante virussen te analyseren, kan AI sequentiefragmenten uitfilteren die in hoge mate geconserveerd zijn onder verschillende stammen en niet vatbaar zijn voor veranderingen tijdens de evolutie, waardoor een doelwit wordt geboden voor het ontwerpen van vaccins die zich richten op de ‘hele virusfamilie’ in plaats van beperkt te zijn tot een bepaalde bekende stam.

Concreet gebruikte het Cambridge-team AI om de subgenus ‘sarbecovirus’ te scannen, inclusief de virussen die SARS en COVID-19 veroorzaken, evenals een reeks dierlijke coronavirussen, op zoek naar gemeenschappelijke kenmerken die tijdens de evolutie op de lange termijn vrijwel onveranderd zijn gebleven. Deze stabiele regio's werden uiteindelijk gebruikt als immuundoelen voor nieuwe vaccins. Onderzoekers hopen dat ze, door deze ‘gemeenschappelijke zwakheden’, die niet vatbaar zijn voor mutatie, vast te leggen, nog steeds een zekere mate van kruisbescherming kunnen handhaven wanneer er in de toekomst nieuwe, verwante virussen opduiken, waardoor ze kostbare tijd kunnen winnen om op onbekende epidemieën te reageren.

Anders dan het mRNA COVID-19-vaccin waarmee het publiek beter bekend is, maakt dit nieuwe vaccin gebruik van DNA-technologie. Vergeleken met mRNA-vaccins zijn DNA-vaccins over het algemeen stabieler bij opslag en transport en vereisen ze lagere koelketenomstandigheden, wat vooral van cruciaal belang is voor lage-inkomenslanden met een beperkte koelketeninfrastructuur. Bovendien vereist het vaccin geen traditionele naaldinjectie. In plaats daarvan wordt het vaccin via een vloeistofstroom onder hoge druk in de huid geïnjecteerd. Verwacht wordt dat deze naaldvrije toedieningsmethode de pijn tijdens vaccinatie zal verminderen, het gemakkelijker zal maken om snel in te zetten en de vaccinatie-efficiëntie bij grootschalige uitbraken zal verbeteren.

Vanuit het perspectief van de volksgezondheid benadrukken onderzoekers dat als deze technische aanpak effectief blijkt te zijn, breedspectrumvaccins naar verwachting de manier zullen veranderen waarop mensen reageren op opkomende infectieziekten. Door zich te richten op kenmerken die gemeenschappelijk zijn tussen stammen binnen een virusfamilie, wordt verwacht dat breedspectrumvaccins al vroeg in een epidemie basisbescherming bieden tegen nieuwe, nog te ontdekken virussen, waardoor volksgezondheidsautoriteiten de transmissieketens kunnen onderbreken voordat zich een pandemie ontwikkelt. Hetzelfde idee wordt ook beschouwd als een potentiële ‘game changer’ op het gebied van griep: momenteel moeten wetenschappers van tevoren de dominante stammen van elk griepseizoen voorspellen. Zodra de voorspelling verkeerd is, zal het beschermende effect van het vaccin sterk afnemen. Als er een ‘universeel griepvaccin’ kan worden ontwikkeld dat zich richt op de gemeenschappelijke kenmerken van meerdere griepstammen, zal er naar verwachting een einde komen aan deze jaarlijkse ‘inhaaloorlog’.

De jongste Ebola-epidemie onderstreept de praktische urgentie van deze richting. Recente uitbraken in de Democratische Republiek Congo en Oeganda zijn voornamelijk veroorzaakt door de Bundibugyo-stam, die de bescherming tegen bestaande vaccins kan omzeilen, waardoor lokale gemeenschappen een groter risico lopen. Terwijl onderzoekers dringend een nieuw vaccin tegen deze specifieke stam ontwikkelen, zal een breedspectrumvaccin tegen de hele virusfamilie, als het van tevoren wordt ingezet, waarschijnlijk een soortgelijke passieve situatie van ‘stamvervanging – vaccin dat achterblijft’ vermijden.

In deze laatste proef op mensen melden onderzoekers dat dit het eerste door AI ontworpen vaccin ter wereld is dat op mensen wordt getest. Uit de resultaten bleek dat het DNA-vaccin het immuunsysteem van de proefpersonen kon stimuleren en antilichamen kon produceren die meerdere sarbecovirussen konden herkennen. Uit de proef bleek ook dat deze technische route over het algemeen veilig was en goed werd verdragen door de proefpersonen. Het team is van mening dat dit resultaat aantoont dat AI een belangrijk potentieel heeft bij het ontwerpen van nieuwe vaccins met ‘mutatieresistentie’ tegen potentiële toekomstige pandemische pathogenen, en dat het naaldvrije medicijnafgiftesysteem extra voordelen biedt voor de bevordering van vaccinatie op wereldschaal.

Onderzoekers geven echter ook toe dat deze vooruitgang nog steeds verre van een echt ‘universeel vaccin’ is. Hoewel de in het huidige onderzoek waargenomen immuunrespons een breed spectrum heeft, is het algehele niveau nog steeds gematigd. Het is nog onduidelijk hoe lang het beschermende effect kan worden gehandhaafd en of aanvullende boostershots nodig zijn. Bovendien zijn grotere klinische onderzoeken nodig om na te gaan of het vaccin inderdaad verschillende virale infecties onder reële omstandigheden kan voorkomen of verzachten.

Deskundigen wijzen erop dat het moeilijk zal zijn om een ​​universeel vaccin dat op grote schaal kan worden gebruikt binnen enkele jaren volledig tot ontwikkeling te brengen. Elk nieuw vaccin moet nog steeds klinische onderzoeken in meerdere fasen en met grote steekproeven ondergaan om de veiligheid, effectiviteit en beschermingscapaciteiten ervan op de lange termijn te bewijzen. Niettemin laat deze studie zien dat de wetenschappelijke gemeenschap met behulp van AI geleidelijk dichter bij dit doel komt, en dat de systematische analyse en het snelle ontwerp van grote viruslijnen met behulp van algoritmen de tijd tussen concept en klinische toepassing van vaccins van de volgende generatie aanzienlijk kunnen verkorten.