Immuniteitsmechanismen

De veroorzaker van Q-koorts, de bacterie Coxiella burnetii, komt in verschillende vormen voor. (1) Beschreven zijn de smallcellvarianten (SCV), de infectieuze vorm die ongunstige omstandigheden zoals droogte en hitte kan overleven, en de largecellvarianten (LCV) die metabolisch actief zijn. Daarnaast zijn er virulente fase I-stammen , die uit geïnfecteerde mensen of dieren geïsoleerd kunnen worden, en de fase II-vorm die kan ontstaan bij in vitro passage in cellijnen of kippeneieren. De fase II-bacteriën zijn geattenueerd en niet goed meer in staat tot infectie van een immunocompetente gastheer. Het enige verschil tussen deze fase I- en II-bacteriën is de structuur van het lipopolysaccharide (LPS). In fase II mist LPS de O-antigenketen. (2) Vaccinatie met door formaline geïnactiveerde fase I-bacteriën is 100-300 keer effectiever dan vaccinatie met fase II-bacteriën. Het belang van het O-antigengedeelte van LPS bij de bescherming wordt hiermee aangetoond. Vaccinatie van muizen met gezuiverd fase I-LPS is beschermend, maar vaccinatie met fase-II-LPS is dat niet. (3) Het precieze beschermende mechanisme is nog onduidelijk, aangezien passieve bescherming door antilichamen tegen LPS mogelijk is, maar alleen als er functionele T-cellen aanwezig zijn in de ontvangende dieren. (4)

Verschillende studies suggereren dat zowel humorale als cellulaire afweer van belang is voor bescherming tegen C.burnetii-infectie. Abinanti en Marmion (5) lieten zien dat mengsels van antilichamen en C. burnetii-bacteriën niet langer infectieus waren in een diermodel. Verschillende in vitro studies hebben aangetoond dat incubatie met immuunsera de bacteriën meer gevoelig maakt voor phagocytose en killing door neutrofielen en monocyten/macrophagen. (Review in 4) Dit ondersteunt het idee dat humorale immuniteit belangrijk is voor de specifieke afweer tegen
C. burnetii-infectie. Echter, voorbehandeling met immuunsera had geen effect in T-celdeficiënte muizen, wat weer aantoont dat T-cell mediated immunity ook een kritische rol speelt. (6) Huidige kennis suggereert dan ook dat een effectief vaccin een langdurende humorale en cellulaire immuunrespons zal moeten induceren, waarbij interferon-γ een belangrijke rol speelt. (7)

Beschikbare vaccins

Momenteel is er geen algemeen verkrijgbaar Q-koortsvaccin voor humaan gebruik. (Voor reviews zie 7-8) Door Commonwealth Serum Laboratories (CSL) in Australië is een vaccin ontwikkeld (Q-VAX) dat alleen lokaal wordt gebruikt voor risicogroepen, en niet is geregistreerd buiten Australië. Een vergelijkbaar vaccin wordt gebruikt in de Verenigde Staten als Investigational New Drug bij het Amerikaanse leger. Beide vaccins bestaan uit formaline-geinactiveerde C. burnetii-whole cells. In Australische studies was Q-VAX 100% effectief in het voorkomen van klinische Q-koorts in personen met een beroepsmatig risico, (9-10) na 1 dosis en met een beschermingsduur van >5 jaar. Dit waren echter beperkte studies die geen goede bepaling van vaccin effectiviteit mogelijk maakten. Q-VAX heeft serieuze veiligheidsproblemen, aangezien het ernstige delayed-type hypersensitivity reacties kan geven in personen met eerdere infectie door C. burnetii. Dit kan de vorm aannemen van lokale ontsteking en absces vorming. Hierdoor is het noodzakelijk om voor vaccinatie te screenen op reeds aanwezige immuniteit. Daarbij wordt gekeken naar een cellulaire immuniteitsreactie op een intradermale injectie van een verdunde vaccinsuspensie, en tevens naar antistoffen tegen C. burnetii. Deze tests duren circa 1 week. Ook na deze testen wordt nog significante reactogeniciteit gevonden in 10-18% van gevaccineerden. Andere problemen van deze vaccins zijn de beperkte beschikbaarheid, de algehele moeilijkheid om registratie te verkrijgen voor slecht gedefiniëerde whole-cellvaccins, en de praktische problemen bij vaccinproductie met een zeer infectieus en resistent BSL biosafety level (biosafety level) 3-pathogeen dat niet in celvrije media kan worden gekweekt.

Voor de veterinaire markt zijn 2 vaccins beschikbaar: Coxevac (geproduceerd door CEVA) en Chlamyvax FQ (geproduceerd door Merial). Coxevac bestaat uit geinactiveerde fase I-bacteriën en geeft bescherming aan niet-geinfecteerde dieren (schapen en geiten) maar werkt niet in zwangere dieren. Het is superieur aan Chlamyvax, wat bestaat uit fase II-geïnactiveerde bacteriën. In Nederland is Coxevac gebruikt voor het vaccineren van geiten.

Nieuwe vaccins

Wat betreft de reactogeniciteit kan nog opgemerkt worden dat dit een inherente eigenschap is van wholecellvaccins (bijvoorbeeld ook bij de oudere kinkhoestvaccins), waarin immers veel verschillende activatoren van de aspecifieke immuniteit zitten. Ter verbetering is extractie met chloroform-methanol geprobeerd, waarbij zowel de geëxtraheerde fractie (CME) als het residu (CMR Carcinogene, mutagene en reprotoxische stoffen (Carcinogene, mutagene en reprotoxische stoffen)) de meeste reactogeniciteit hadden verloren. De CMR-fractie bevat het fase I-LPS en is beschermend, terwijl de CME-fractie geen LPS heeft en ook niet beschermend is. (11-12) De CMR-antigenfractie is ook beschermend gebleken in schapen en geiten, en heeft in fase 1-klinische trials een verbeterd veiligheidsprofiel laten zien ten opzichte van een wholecellvaccin in de mens.

Andere vaccinbenaderingen die nog genoemd moeten worden zijn: (a) een levend geattenueerd vaccin afgeleid van fase II-organismen wat in de voormalige Soviet-Unie is onderzocht, maar waar ernstige bedenkingen tegen zijn wat betreft de veiligheid aangezien de stam kon persisteren in proefdieren, (b) verschillende gezuiverde eiwitten uit C. burnetii, wat wel enige bescherming geeft maar mogelijk veroorzaakt door nog aanwezig LPS (13), en (c) gezuiverde recombinanteiwitten na expressie in E. coli, waarmee tot op heden geen overtuigende bescherming in proefdiermodellen is aangetoond [14]. Echter, de beschikbaarheid van 5 verschillende complete C. burnetii-genoomsequenties maakt een verdere exploratie van deze benadering opportuun [15]. De huidige kennis van C. burnetii-biologie en-immuniteit wijzen op fase I-LPS als een goede kandidaat voor een subunit vaccin. Om dit in handen te krijgen op een manier die vaccin ontwikkeling praktisch haalbaar gaat maken is expressie in een makkelijker te hanteren micro-organisme een goede maar technisch gecompliceerde mogelijkheid die momenteel op het Nederlands Vaccin Instituut wordt onderzocht.

P.A. van der Ley, Unit Onderzoek en Ontwikkeling, Nederlands Vaccin Instituut, Bilthoven
E-mail: peter.van.der.ley@nvi-vaccin.nl

Literatuur

1. Madariaga MG, Rezai K, Trenholme GM and Weinstein RA. 2003. Q fever: a biological weapon in your backyard. Lancet Infect. Dis. 3: 709-721.
2. Hoover TA, Culp DW, Vodkin MH, Williams JC and Thompson HA. 2002. Chromosomal DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid) deletions explain phenotypic characteristics of two antigenic variants, phase II and RSA 514 [Crazy], of the Coxiella burnetii Nine Mile strain. Infect.Immun. 70: 6726-6733.
3. Zhang G, Russell-Lodrigue KE, Andoh M, Zhang Y, Hendrix LR and Samuel JE. 2007. Mechanisms of vaccine-induced protective immunity against Coxiella burnetii infection in BALB/c mice. J.Immunol. 179: 8372-8380.
4. Shannon JG and Heinzen RA. 2009. Adaptive immunity to the obligate intracellular pathogen Coxiella burnetii. Immunol. Res. 43: 138-148.
5. Abinanti FR and Marmion BP Britse Farmacopee (Britse Farmacopee). 1957. Protective or neutralizing antibody in Q fever. Am J Hyg. 66:173-95.
6. Humphres RC and Hinrichs DJ. 1981. Role of antibody in Coxiella burnetii infection.Infect Immun. 31:641-5.
7. Zhang G and Samuel JE. 2004. Vaccines against Coxiella infection. Expert Rev. Vaccines 3: 577-584.
8. Waag DM dystrophia myotonica (dystrophia myotonica). 2007. Coxiella burnetii: host and bacterial responses to infection. Vaccine 25: 7288-7295.
9. Marmion BP, Ormsbee RA, Kyrkou M, Wright J, Worswick D, Cameron S, Esterman A, Feery B, Collins W. 1984. Vaccine prophylaxis of abattoir-associated Q fever. Lancet. 22:1411-4.
10. Ackland JR, Worswick DA, Marmion BP. 1994. Vaccine prophylaxis of Q fever. A follow-up study of the efficacy of Q-Vax [CSL] 1985-1990. Med.J.Aust. 160, 704-708.
11. Waag, D.M., England, M.J., Tammariello, R.F., Byrne, W.R., Gibbs, P., Banfield, C.M., Pitt, M.L.M. 2002. Comparative efficacy and immunogenicity of Q fever chloroform:methanol residue [CMR] and phase I cellular [Q-Vax] vaccines in cynomolgus monkeys challenged by aerosol. Vaccine, 20 [19-20], pp. 2623-2634.
12. Williams, JC, Peacock, MG, Waag, DM, Kent, G., England, M.J., Nelson, G., Stephenson, E.H. 1992. Vaccines against coxiellosis and Q fever: Development of a chloroform:methanol residue subunit of phase I Coxiella burnetii for the immunization of animals. Annals of the New York Academy of Sciences, 653, pp. 88-111.
13. Zhang YX, Zhi N, Yu SR, Li QJ, Yu GQ, Zhang X. 1994. Protective immunity induced by 67 k outer membrane protein of phase I Coxiella burnetii in mice and guinea pigs. Acat Virol. 38:327-332.
14. Tyczka J, Eberling S, Baljer G. 2005. Immunization experiments with recombinant Coxiella burnetii proteins in a murine infection model. Ann N Y Acad Sci 1063:143-148.
15. Seshadri R, Paulsen IT, Eisen JA, Read TD, Nelson KE, Nelson WC, Ward NL, Tettelin H, Davidsen TM, Beanan MJ, Deboy RT Real Time (Real Time), Daugherty SC, Brinkac LM, Madupu R, Dodson RJ, Khouri HM, Lee KH, Carty HA, Scanlan D, Heinzen RA, Thompson HA, Samuel JE, Fraser CM, Heidelberg JF. 2003. Complete genome sequence of the Q-fever pathogen Coxiella burnetii. PNAS 100: 5455-5460.