我们今天拥有的疫苗非常了不起。它们消灭了天花,将风疹从美洲驱逐出去,并且每年挽救数百万人免于死于白喉、破伤风、百日咳和麻疹。当足够多的人接种疫苗时,传染病就无法轻易传播,每个人都能从群体免疫中受益。
但是,要达到这个目标非常困难,尤其是在公共卫生基础设施落后的地区。因此,科学家们正在借鉴病毒的策略。他们正在开发可以从宿主传播到宿主的疫苗和抗病毒疗法。
这些可传播的疫苗很可能会首先用于传播会感染人类的疾病的动物。有些可能使用减毒病毒,或者将病原体的一部分附着在一种无害的病毒上。其他疗法则针对已经感染的患者,作用于寄生在其细胞内的病毒。
这些类型的疫苗和疗法还处于早期阶段,科学家们还需要证明它们在野生动物或人类身上有效且安全。但它们有可能抑制艾滋病毒和其他传染病的传播,并为那些本不会受到保护的人提供免疫。此外,这种策略比人工接种每个人要便宜得多。
以下是我们通过传播自身武器来遏制传染病的三种方式。
传播,但并非像野火一样
已知至少有一种疫苗具有传染性,尽管它并非有意设计成这样。
在美国,用于治疗脊髓灰质炎的疫苗是通过注射方式接种的,其中含有死病毒。但还有另一种口服形式的疫苗,它使用一种减毒但活的病毒。事实证明,这种形式可以在短暂传播给其他人后逐渐消失。世界卫生组织一直在依靠口服脊髓灰质炎疫苗来努力在全球范围内根除该疾病。
但有一个缺点。极少数情况下,活疫苗会发生足够大的变异,重新变成其毒性形式。口服脊髓灰质炎疫苗含有三种病毒株,其中一种已在野外根除,但最有可能引起这个问题。世界卫生组织正在转向一种只包含两种更安全菌株的疫苗。
疫苗会向免疫系统发出信号,使其识别并攻击致病原,无论疫苗是否含有活的、死的,或者仅仅是原始病毒的一部分。这会在免疫系统遇到真正的病原体时对其进行训练。许多疫苗使用活但减毒的病毒,包括麻疹和水痘疫苗。使病毒失活从而不会引起疾病的过程,也使其传播能力降低。
但这些疫苗可能仍然具有一点点传染性。尽管如此,这方面尚未深入研究。詹姆斯·布尔(James Bull),德克萨斯大学奥斯汀分校的进化生物学家,在一封电子邮件中表示:“大多数疫苗的设计并未考虑传播性。”
如果我们故意设计可传播的疫苗,它们可能比常规疫苗更容易发生逆转。这是因为它们会接触到更多的人,并有机会复制和产生新一代。这意味着更多的突变和进化的机会。爱达荷大学莫斯科分校的数学生物学家斯科特·努西默(Scott Nusimer)表示:“然后你的可传播疫苗实际上会变回疾病。”
绕过这个问题的一种方法是制造一种仅具有弱传播性的活疫苗。这种疫苗只会传播一点点然后消失。这种疫苗无法根除疾病,但需要直接接种疫苗的人会减少。努西默和他的同事计算,即使是弱可传播的疫苗,也能在疾病爆发方面发挥重要作用。“即使传播一点点,也能走很远,”他说。
而且我们可以节省很多钱。努西默估计,如果我们拥有可传播版本的麻疹、腮腺炎和风疹(MMR)疫苗,每年可以节省约5000万美元的免疫接种成本。“即使是弱可传播的疫苗,你节省的钱也是天文数字,”他说。
科学家还可以对活疫苗进行基因工程改造,以阻止其进化成危险的东西。
我们的朋友,疱疹
由于建筑、狩猎、农业和其他缩小自然栖息地的活动,人类与野生动物的接触越来越密切。这意味着我们接触到它们携带疾病的机会也越来越多。英国普利茅斯大学的病毒学家迈克尔·贾维斯(Michael Jarvis)在一封电子邮件中表示,大约有三分之一的埃博拉疫情可以追溯到人们处理被病毒杀死的大猿尸体。
因此,可传播的疫苗将主要针对携带会使人生病的微生物的动物。这将防止人类社区的疾病爆发,并造福濒危动物。大猿因狩猎和森林砍伐已经陷入困境,它们还受到埃博拉的威胁。贾维斯说:“通过疫苗接种来保护大猿将是人类健康和大猿保护的双赢解决方案。”
这比追踪和接种附近每只猿、蝙蝠或啮齿动物要容易得多。“使用传统疫苗,你必须……找到每只动物并对其进行接种,这几乎是不可能的,”努西默说。“你怎么能出去亲手给一群鹿鼠接种汉坦病毒疫苗呢?”
这些努力实际上可能不使用活的致病病毒。努西默说,还有另一种设计可传播疫苗的方法,可能更安全。这些疫苗将使用无害的病毒,它们可以感染人或动物而不会使其生病。这些病毒被称为巨细胞病毒(CMV),它们实际上属于疱疹家族。它们在人类和其他哺乳动物中非常普遍。事实上,到40岁时,美国有50%到80%的成年人感染了CMV,尽管大多数人没有症状。
在疫苗中,活的巨细胞病毒将被工程化,携带另一种致病病毒的一小段片段,免疫系统将识别并攻击它。如果病毒发生逆转,它将仅失去作为疫苗的有效性。“它不会有什么灾难性的后果,因为它只会变回巨细胞病毒,”努西默说。
这些病毒已经可以轻松传播,而且许多病毒只局限于一种物种。因此,科学家们可以设计疫苗,使其仅限于他们选择接种的动物种类。
然而,它们在哺乳动物中普遍存在可能是一把双刃剑。如果疫苗进入已经携带CMV的动物体内,它可能需要与正常病毒竞争。因此,努西默说,这些基于疱疹的疫苗可能不如减毒活疫苗有效。研究人员正在研究多种CMV菌株在动物中共存的程度。
贾维斯和他的同事们正在研究基于疱疹的疫苗,这些疫苗可以为猿类提供埃博拉病毒免疫,并为老鼠提供拉沙热病毒免疫。他们证明他们的埃博拉疫苗可以保护猕猴免受病毒侵害,尽管目前版本不具有传播性。贾维斯说:“下一阶段是……确定一种具有自我传播能力的疫苗的免疫力是否同样能提供保护。对于疱疹病毒,自然和进化已经为你完成了工作,因为这些病毒已经进化到可以轻松传播。”
努西默说,这种类型的接种也可以设计成不传播。正在研发的一种疫苗,旨在保护人类免受埃博拉病毒的侵害,它使用一种经过工程改造的无害病毒,携带编码埃博拉病毒表面蛋白质的基因。然而,该疫苗也被剥离了使其能够复制的基因指令。
准备好混合
对于像艾滋病毒这样的某些疾病,目前还没有疫苗。加州大学旧金山分校和格拉德斯通研究所的定量生物学家利奥·温伯格(Leor Weinberger)表示,我们现在拥有的治疗艾滋病毒的药物在过去二十年中取得了长足的进步。“抗逆转录病毒疗法是一个巨大的成功故事,将艾滋病毒从一种几乎可以说是瘟疫的疾病转变为一种可终身管理的状况,”他说。
但是,与疫苗一样,治疗传染病的药物也有一些缺点。当微生物产生耐药性时,它们就无法适应。“[病毒]会不断复制和突变,而我们使用的化学物质则不会,”温伯格说。
而且,人们并不总是能自觉地坚持服药。“即使是为期一周的抗生素疗程,人们也会因为漏服剂量而感到麻烦,”温伯格说。而要控制艾滋病毒,人们必须终身服用抗逆转录病毒药物。
因此,温伯格和他的同事们正计划让这种病毒尝尝自己的苦头。他们正在设计一种衰弱的、可传播的病毒,与疫苗不同,这种病毒是为那些已经感染的人准备的。它作为一种艾滋病毒的寄生虫,在受感染的细胞内与艾滋病毒争夺资源。温伯格称他们的这种混合物为治疗性干扰颗粒(TIPs)。
为了制造更多自身,艾滋病毒会劫持健康细胞。这些细胞变成工厂,制造艾滋病毒用于包装其遗传物质所需的构件。但是,当TIPs出现时,它们会窃取这些蛋白质供自己使用。最终,细胞将无法将其感染传播给邻居。“你不会挽救细胞,但……传播给下一个细胞的主要是干扰颗粒,”温伯格说。
通过困扰艾滋病毒,这些TIPs会降低一个人血液中病毒的循环量。这应该可以防止他们将艾滋病毒传播给他人,并减缓艾滋病毒向全面艾滋病的发展。
这些缺陷颗粒将能够传播给新的人。TIPs在没有艾滋病毒的情况下无法复制,所以如果它们传播给没有艾滋病毒的人,它们可能会消失。但也有可能它们会留下来,随时准备在这些人将来被感染时采取行动。
因为它们可以复制并产生新一代,TIPs也将能够进化。它们将与艾滋病毒展开一场军备竞赛,以便继续从中窃取。如果它们逆转回艾滋病毒,它们将简单地变成感染者已经携带的一种病毒。“这就像服用一种不再起作用的药物,”温伯格说。
他和他的同事们还有其他安全问题需要解决。“我们必须确保我们以一种真正无害的方式对其进行‘去爪’,[并且]它不会逆转成比原来的更糟糕的东西,”温伯格说。他们还必须确保TIPs不会引起免疫系统过度反应,从而使人病得更重。
他们仍在完善TIPs的设计,并将在未来一两年内在动物身上进行测试,以确保其安全。温伯格说,该团队专注于艾滋病毒,但类似的策略也可以用于其他病毒。