Waarom resistentie veel voorkomt bij antibiotica maar zelden bij vaccins

Bacteriën hebben resistentie ontwikkeld voor elk antibioticum dat ooit ontwikkeld is. Waarom gebeurt dat amper met vaccins? Onderzoekers Celia Souque en Louis du Plessis van de Universiteit van Oxford leggen uit.

Resistentie tegen antibiotica is een wereldwijd en groeiend probleem, zodanig zelfs dat dat infecties onbehandelbaar dreigen te worden. Vaccins daarentegen, die bijna een eeuw geleden werden ontwikkeld, beschermen ons nog steeds tegen dodelijke ziekten. Waardoor wordt dit verschil veroorzaakt?

Bacteriën hebben resistentie ontwikkeld voor elk antibioticum dat ooit ontwikkeld is. Soms gebeurde dit al snel nadat een antibioticum voor het eerst was geïntroduceerd. Tegen penicilline, het eerst antibioticum, ontstond al na zes jaar wijdverbreide resistentie in Britse ziekenhuizen.

Maar resistentie tegen vaccins komt maar zelden voor. En vaccins hebben ons geholpen pokken uit te roeien en hopelijk binnenkort ook polio. Een eerdere studie kwam met twee overtuigende argumenten om dit fenomeen te verklaren, door te wijzen op cruciale verschillen tussen de mechanismen in medicijnen en vaccins.

Maar laten we eerst uitleggen wat resistentie is en waar het vandaan komt. Tijdens een infectie vermeerderen virussen en bacteriën zich snel. Tijdens dat proces kopiëren ze hun genetische materiaal miljoenen keren. Terwijl dat gebeurt, gaan er ook dingen fout. Elke fout kan een genoom veranderen. Deze fouten worden mutaties genoemd.

Meestal hebben deze mutaties nauwelijks tot geen effect, of belemmeren ze de effectiviteit van het virus. Maar soms – en dat komt zeer zelden voor – kunnen pathogenen geluk hebben en kan een mutatie verhinderen dat een antibioticum een cel binnenkomt of de plaats verandert waar een medicijn of antilichaam zich zou binden, waardoor het niet meer werkt. We noemen dit “resistentie” of “ontsnappingsmutatie”.

Eerste verschil: het aantal doelen

Vaccins werken door een onschadelijk deel van een pathogeen in het lichaam te introduceren, een antigeen. Ze trainen ons immuunsysteem om antilichamen te produceren die zich daar specifiek aan binden. Ze stimuleren ook de productie van specifieke witte bloedcellen die T-cellen heten, die geïnfecteerde cellen kunnen vernietigen en meehelpen antilichamen te produceren.

Door zich te binden aan antigenen kunnen antilichamen helpen pathogenen te bestrijden of te voorkomen dat ze cellen binnendringen. Ons immuunsysteem creëert ook niet slechts één antilichaam, maar honderden verschillende antilichamen – of epitopen – die elk een ander deel van het antigeen aanvallen.

Medicijnen zoals antibiotica of antiretrovirale medicijnen, zijn doorgaans kleine moleculen die een enzym of proteïne remmen dat essentieel is voor een pathogeen om te overleven of zichzelf te repliceren. Het gevolg is dat voor resistentie voor medicijnen meestal slechts één plaatsmutatie nodig is. Dat is een groot verschil met vaccins: de waarschijnlijkheid dat zich ontsnappingsmutaties ontwikkelen voor alle, of de meeste, epitopen die worden aangevallen door antilichamen, is heel klein – hoewel het niet onmogelijk is.

Bij medicijnen kan het verminderen van de waarschijnlijkheid van resistentie op dezelfde manier worden bereikt door er verschillende tegelijk te gebruiken – een strategie die combinatietherapie wordt genoemd. Die strategie wordt gebruikt bij hiv en tuberculose. Je zou je de antilichamen in je lichaam kunnen voorstellen als een enorme, complexe combinatietherapie, met honderden iets verschillende medicijnen, die daardoor de kans verminderen dat zich resistentie ontwikkelt.

Tweede verschil: aantal pathogenen

Een ander belangrijk verschil tussen antibiotica en vaccins is het moment waarop ze worden gebruikt en hoeveel pathogenen er zijn. Antibiotica worden gebruikt om een al bestaande infectie te behandelen, als er al miljoenen pathogenen in het lichaam zijn. Vaccins daarentegen worden als preventie gebruikt. De antilichamen die ze creëren kunnen al direct bij het begin van een infectie in actie komen, als het aantal pathogenen nog laag is.

Dat heeft belangrijke gevolgen, omdat resistentie een kwestie van aantallen is. Een resistente mutatie doet zich waarschijnlijk niet voor als slechts enkele pathogenen zich vermenigvuldigen. De kansen nemen echter toe als er meer pathogenen zijn.

Dit betekent niet dat resistentie bij vaccins zich nooit ontwikkelt: een goed voorbeeld is griep. Dankzij de hoge mutatiesnelheid, kan het griepvirus snel voldoende mutaties accumuleren die niet meer herkend worden door antilichamen- wat “antigene drift” wordt genoemd. Het is een van de redenen waarom het griepvaccins elk jaar veranderd moet worden.

SARS-CoV-2

Wat zegt dit ons over vaccins tegen SARS-CoV-2? Moeten we ons er zorgen over maken dat de vaccins snel hun effectiviteit zullen verliezen? Gelukkig heeft het nieuwe coronavirus een proof-reading-mechanisme dat gemaakte fouten bij het repliceren van het genoom vermindert, wat betekent dat zich veel minder frequent mutaties voordoen dan bij griepvirussen.

Ook is bevestigd dat zowel het Oxford/AstraZeneca en het Pfizer/Biotech-vaccin antilichamen effectief kan stimuleren zich te binden aan meerdere epitopen, wat de ontwikkeling van resistentie zou moeten vertragen.

Maar we moeten voorzichtig blijven. Zoals eerder aangegeven doen aantallen ertoe als het om resistentie gaat. Hoe meer virussen aanwezig zijn – zoals bij een snelgroeiende pandemie – hoe waarschijnlijker het is dat er één de jackpot wint en mutaties ontwikkelt die een significante impact hebben op de effectiviteit van het vaccin.

Als dat het geval is, kan een nieuwe versie van het vaccin nodig zijn om antilichamen te creëren tegen deze gemuteerde virussen. Ook daarom is het laag houden van het aantal infecties door middel van preventie en contactonderzoek cruciaal om vaccins zo lang mogelijk werkend te houden.

Dit artikel verscheen oorspronkelijk bij The Conversation