In onze zoektocht naar de oorsprong van het vaccin reizen we van het oude Athene naar het Middeleeuwse China, maken we een tussenstop in het Ottomaanse rijk, leren we vervolgens een Engelse arts en een melkmeisje kennen, en duiken we het laboratorium van een Franse microbioloog in.
Je kan er tegenwoordig niet meer naast kijken: de race naar het coronavaccin. De Amerikaanse farmareus Johnson & Johnson kondigde recent aan dat het een veelbelovend kandidaat-vaccin heeft ontwikkeld, dat hopelijk begin 2021 beschikbaar zou zijn. Zo’n vaccin bereidt je immuunsysteem in feite voor, en zorgt ervoor dat je (zonder zelf ziek te worden) beter gewapend bent tegen bepaalde ziekteverwekkers wanneer ze daadwerkelijk je lichaam binnenvallen. Door hun grote succes zijn vaccinaties voor veel mensen de normaalste zaak van de wereld geworden. Wanneer we reizen naar exotische landen, laten we ons vaccineren tegen allerlei ziekten. Vergeet onze jaarlijkse griepvaccinatie ook niet. Iedereen (buiten de antivaxxers gerekend) weet dus dat ze goed voor je zijn. Maar weten jullie ook waar de geschiedenis van het vaccin begint?
De plaag van Athene
In zijn ‘Geschiedenis van de Peloponnesische Oorlog’ geeft de Griekse historicus Thucydides een uitgebreide beschrijving van de plaag van Athene die zijn thuisstad in 430 voor Christus treft. In zijn verslag, wat overigens beschouwd wordt als een van de vroegste wetenschappelijke werken van de geschiedenis, geeft hij ons de eerste gedocumenteerde beschrijving van verworven immuniteit. Tijdens deze verwoestende epidemie observeerde hij onder andere dat de dichtstbevolkte plaatsen in de stad de meeste slachtoffers vertoonden. Bovendien merkte hij tevens op dat artsen het meeste risico liepen om besmet te worden. Verder nam hij ook waar dat de plaag zich niet limiteerde tot Athene zelf, maar ook met soldaten kon meereizen tot ver buiten de stad.
Maar de belangrijkste observatie die hij maakte, was het feit dat mensen die de plaag overleefden (waartoe hij zelf behoorde), meestal niet meer opnieuw ziek werden, of althans niet meer met dodelijke afloop. Hierdoor waren zij de enige die de zieken nog konden blijven verzorgen.
Interessant om te vermelden is het feit dat de algemene overtuiging in het Oude Rome (dankzij Hippocrates) destijds was dat zogenaamde ‘miasmen’ (te vertalen als verontreinigde lucht) verantwoordelijk waren voor het veroorzaken en verspreiden van besmettelijke ziekten. Deze giftige dampen stegen op vanuit rottend organisch materiaal, dewelke dan de lucht konden bevuilen, waardoor de mens ziek werd na inademing van die lucht. Aangezien iedereen in de stad dezelfde lucht inademde, werden mensen zo massaal ziek. De naam malaria komt trouwens van het Latijnse ‘mala aria’ wat letterlijk slechte lucht betekent. Zo’n miasmen konden onder andere veroorzaakt worden door zonsverduisteringen, vulkanische uitbarstingen, kometen of bovennatuurlijke verschijnselen.
Wat Thucydides dus impliceerde, was best revolutionair voor zijn tijd. Zonder enig besef van bacteriën of virussen, erkende hij de besmettelijke aard van de plaag (menselijk contact in plaats van inademing van dezelfde besmette lucht) en het feit dat het doormaken en overleven van de plaag bescherming kon bieden tegen een volgende besmetting. Hiermee legde hij dus als eerste impliciet de fundering voor de moderne epidemiologie en immunologie.
Ontdekking van de variolatie
Het pokkenvirus of variola was een ernstige infectieziekte die voornamelijk verspreid werd via inademing van vochtdruppeltjes van besmette personen. Na het ontwikkelen van griepachtige symptomen ontstaat een typische huiduitslag met vochtblaasjes, die evolueert in etterende zweren. Hierna drogen deze pokken op en vallen de korstjes af, vaak met blijvende verlittekening als gevolg.
De Chinezen hadden omstreeks de 15e eeuw al door dat wie de pokken overleefde, de ziekte meestal geen tweede keer meer kon krijgen. Om te voorkomen dat hun kinderen de pokken zouden krijgen, begonnen ze te experimenteren met de karakteristieke korsten van besmette personen, die ofwel gedroogd werden en met een pijpje in de neus van de kinderen geblazen werden, ofwel in een kleine incisie in hun arm geplaatst werden. Dit zorgde ervoor dat de kinderen een mildere en minder gevaarlijke vorm van de pokken kregen, die meestal spontaan verdween na een tijdje. Door deze procedure te ondergaan, waren ze meestal beschermd tegen een volgende infectie met de pokken.
Deze techniek, ook wel genaamd variolatie of inoculatie, verspreidde zich doorheen het Midden-Oosten en wekte uiteindelijk interesse op in Groot-Brittannië aan het begin van de 18e eeuw, mede dankzij de Britse Lady Mary Wortley Montagu, de vrouw van de Britse ambassadeur in Constantinopel. Tijdens haar tijd in het Ottomaanse rijk leerde zij deze techniek kennen en liet vervolgens in 1718 haar zoon varioleren onder toezicht van Charles Maitland, een Schotse arts eveneens werkzaam op de Britse ambassade.
Enthousiast over het succes van deze variolatie bij haar zoon (ze had namelijk zelf de pokken doorgemaakt en overleefd, maar was daardoor blijvend verminkt in haar aangezicht) bracht ze een aantal Britse artsen hiervan op de hoogte, maar werd echter ontvangen door initieel scepticisme. Na haar terugkeer naar Groot-Brittannië liet ze in 1721 ook haar dochter varioleren door Charles Maitland, ditmaal met enkele prominente getuigen aanwezig.
De succesvolle variolatie van haar dochter wekte hierop de interesse van prinses Caroline van Ansbach, de vrouw van de prins van Wales (de toekomstige koning George II). Bezorgd voor de gezondheid van hun eigen koninklijke nageslacht (er was destijds een pokkenepidemie uitgebroken) financierden ze vervolgens een bijzonder experiment in de Newgate gevangenis van London om de werkzaamheid van deze techniek formeel te testen.
Drie mannelijke en drie vrouwelijke ter dood veroordeelde gevangenen werden gevarioleerd door Charles Maitland, en er werd hen vrijheid beloofd indien ze het experiment zouden overleven. Alle gevangenen overleefden de procedure. Een van de vrouwen sliep vervolgens 6 weken lang bij een 10-jarige jongen die besmet was met de pokken om het beschermende effect van de variolatie na te gaan. Ze kreeg de pokken niet, wat officieel bewijs gaf voor het nut van variolatie.
Het toepassen van deze techniek bleef echter wel relatief gevaarlijk. Naast het feit dat de voorbereiding zeer onaangenaam was (vasten, braken en aderlatingen om het lichaam zogezegd in 'balans' te brengen), stierf ongeveer drie procent van hen die de procedure ondergingen uiteindelijk toch nog aan de pokken (in tegenstelling echter tot dertig procent zonder variolatie). Bovendien waren individuen die deze variolatie ondergingen hierna besmettelijk, waardoor ze een tijd lang in isolatie moesten zitten.
Van variolatie naar vaccinatie
De Engelse arts John Fewster begon in 1768 zijn patiënten te varioleren tegen de pokken, maar merkte dat velen van hen hier niet op reageerden. Bij bevraging van deze patiënten bleek dat zij allemaal reeds besmet waren geweest met een andere, mildere variant van de pokken, de koepokken. Koepokken is een virale en zeer besmettelijke huidziekte bij runderen, waarbij besmette dieren vaak zweren op hun uier ontwikkelen. Wanneer deze dieren met de hand gemolken worden, kan het virus ook het lichaam van de melker binnendringen via kleine wondjes op zijn/haar handen, waarna een lokale ontsteking met blaasjes volgt die na enkele weken spontaan geneest. Hierna is men beschermd tegen een volgende besmetting. Maar doordat de koepokken ook nauw verwant zijn met de echte pokken, ontwikkelden personen hierdoor ook immuniteit tegen de echte pokken, een gegeven dat destijds al gekend was op het platteland maar door dokters als kletspraat beschouwd werd.
Het was de Engelse arts Edward Jenner (tevens een vriend en collega van Fewster) die hier aanvankelijk meer bewijs voor begon te verzamelen, wat uiteindelijk resulteerde in de eerste gepubliceerde beschrijving van het beschermende effect van vaccinatie (de Engelse boer Benjamin Jesty voerde eigenlijk de allereerste vaccinatie uit bij zijn vrouw en kinderen maar had verder geen interesse in het verkennen en verspreiden van deze techniek).
Jenner was zelf gevarioleerd in zijn jeugd en had dit bijna niet overleefd. Getraumatiseerd door deze ervaring was hij gebeten om een veiliger alternatief te vinden. In 1796 kwam hij in contact met een melkmeisje genaamd Sarah Nelms, die zweren op haar handen vertoonde door een besmetting met de koepokken. Met de observaties van Fewster in zijn achterhoofd, nam Jenner wat vocht af uit een van haar wonden en kraste dit in de arm van de 8-jarige James Phipps, het zoontje van zijn tuinman. De jongen kreeg de koepokken met milde symptomen en herstelde volledig na een aantal dagen. Twee maanden later varioleerde Jenner de jongen nogmaals, maar deze keer doelbewust met de echte pokken. James bleef kerngezond, waardoor Jenner kon concluderen dat de jongen nu volledig beschermd was tegen de echte pokken.
In tegenstelling tot de gevaarlijkere variolatie, waarbij materiaal van de echte pokken aangebracht werd, gebruikte Jenner dus de mildere koepokkenvariant. Hij gaf zijn techniek de naam vaccinatie, naar het Latijnse woord vacca voor koe.
Ironisch genoeg kreeg hij zijn werk niet gepubliceerd en besloot dan maar om het zelf uit te geven in 1798. Op veel enthousiasme kon hij initieel niet rekenen. Logisch klonk het ook niet in die tijd: je laten besmetten door een ziek dier om zelf niet ziek te kunnen worden. Bovendien wist Jenner ook totaal niet wat de koepokken waren, en waarom ze bescherming konden bieden tegen de echte pokken.
Desalniettemin heeft zijn onderzoek intussen miljoenen mensenlevens gered (er wordt geschat dat 300 miljoen mensen in de 20e eeuw alleen gestorven zijn aan de pokken) aangezien de pokken officieel uitgeroeid verklaard werden in 1980, dankzij een globale vaccinatiecampagne van de Wereldgezondheidsorganisatie (die wel 13 jaar duurde).
De experimenten van Louis Pasteur
Pas eind 19e eeuw (geloof het of niet) werd de miasmatheorie officieel vervangen door de kiemtheorie, die stelde dat ziekten veroorzaakt werden door voor het blote oog onzichtbare micro-organismen. In 1879 kreeg de Franse microbioloog Louis Pasteur een bacterie toegestuurd door zijn Franse collega Jean Toussaint. Deze bacterie (Pasteurella multicoda) veroorzaakt dodelijke cholera bij pluimvee wanneer deze dieren hiermee besmet geraken. Emile Roux, de assistent van Pasteur, liet (al dan niet per ongeluk) een cultuur van deze bacterie verschillende weken in het laboratorium staan, blootgesteld aan de lucht. Wanneer deze ‘oude’ cultuur geïnjecteerd werd in kippen, werden ze wel kortstondig ziek, maar stierven ze niet. Wanneer dezelfde kippen enige tijd later geïnjecteerd werden met een verse cultuur van de bacterie bleven ze zich tot grote verbazing kiplekker voelen!
Pasteur besefte al snel dat zijn observatie gelijkenissen vertoonde met de koepokkenvaccinatie van Jenner. Door een verouderde en hierdoor verzwakte vorm van de bacterie (‘levend verzwakt’) te injecteren, waren kippen beschermd tegen een volgende infectie met de verse, gevaarlijkere bacterie.
Volgens hem was het op deze manier ook mogelijk om de virulentie van alle ziekteverwekkers af te zwakken en deze bijgevolg te gebruiken als vaccin. Alhoewel Pasteur met succes een aantal vaccins ontwikkelde, had hij geen flauw benul van de manier waarop zo’n vaccin nu exact werkte. Zijn hypothese hield in dat het vaccin bepaalde essentiële voedingsstoffen in het lichaam volledig verbruikte wanneer het voor de eerste keer toegediend werd, wat ervoor zorgde dat het ziekteverwekkend organisme zich niet meer optimaal kon ontwikkelen in de gastheer bij een volgende besmetting. Vaccinatie werkte volgens hem dus enkel wanneer levende organismen werden geïnjecteerd.
Jean Toussaint beschreef echter in 1880 de initiële resultaten van zijn experimentele vaccinatiestudies met de miltvuurbacterie (Bacillus anthracis), waarbij hij zijn vaccin bereidde door deze bacteriën gedurende 10 minuten te verhitten bij 55°C. Zijn ‘dode’ vaccin bleek honden en schapen te beschermen tegen een volgende besmetting met de levende bacterie. Later maakte hij ook gebruik van de chemische stof fenol om de bacteriën te doden (in plaats van ze te verhitten).
Pasteur, in alle staten door deze bevindingen die tegen zijn eigen hypothese ingingen, was vastberaden om Toussaint het ongelijk te bewijzen. In 1881 kwam hij uiteindelijk zelf met een eigen ‘levend’ vaccin op de proppen. Hij werd uitgedaagd om de werkzaamheid van zijn vaccin publiekelijk te demonstreren op een boerderij in Pouilly-Le-Fort, een 40-tal km van Parijs. Pasteur nam uiteraard de uitdaging aan.
Pasteur vaccineerde op de boerderij een aantal dieren (24 schapen, 1 geit en 6 koeien) twee keer met een interval van 15 dagen. De andere dieren gaf hij echter geen vaccin. Een maand later werden alle dieren vervolgens geïnfecteerd met de miltvuurbacterie. Enige tijd later kwamen meer dan 200 geïnteresseerden kijken naar de toestand van de dieren. Die van de niet-gevaccineerde dieren zag er niet zo goed uit (allemaal reeds dood of stervende), terwijl alle gevaccineerde dieren nog lekker te grazen stonden. Het succes van dit experiment bezorgde Pasteur als het ware een cultstatus en liet het bredere publiek kennis maken met de voordelen van vaccinatie.
Pasteur was een zeer geheimzinnig en gereserveerd man, en wou absoluut niet dat de buitenwereld ooit inzage kreeg in zijn wetenschappelijke notitieboeken (hij had zelfs specifieke instructies gegeven aan zijn familie om dit nooit toe te laten). In 1970 schonk uiteindelijk de kleinzoon van Pasteur zijn notitieboeken toch aan de nationale bibliotheek in Parijs. Hieruit bleek onder andere dat Pasteur stiekem (vanwege variabele resultaten) niet zijn eigen ‘levend verzwakt’ vaccin gebruikt had, maar een ‘dood’ vaccin dat een van zijn collega’s, Charles Chamberland, ontwikkeld had door de bacteriën te behandelen met de chemische stof kaliumdichromaat (duidelijk geïnspireerd door de latere werkwijze van Toussaint). Toussaint, die tot overmaat van ramp geen enkele erkenning kreeg voor zijn pionierswerk, stierf in 1890 op 43-jarige leeftijd na een zenuwinzinking.
Een tijdje later kwam Pasteur ook te weten dat je bepaalde ziekteverwekkers ook kon afzwakken door een andere diersoort er meermaals mee te besmetten. Zo infecteerde hij konijnen met het rabiësvirus (ook wel hondsdolheid genoemd) en verwijderde hij hun ruggengraat nadat ze symptomen begonnen te vertonen. Door deze ruggengraten vervolgens (steeds langer) te drogen, creëerde hij zo rabiësvirussen die steeds minder en minder ziekteverwekkend waren. Wanneer hij dan honden hiermee injecteerde (de langst gedroogde ruggengraat eerst aangezien die het minst ziekteverwekkend was, vervolgens steeds minder lang gedroogde versies), ontwikkelden deze geen hondsdolheid meer.
In 1885 werd de 9-jarige Joseph Meister in allerijl bij Pasteur gebracht. De jongen was zwaar toegetakeld door een hondsdolle hond. Na wat aarzeling (Pasteur was geen arts dus mocht in theorie geen mensen behandelen, bovendien wist hij ook niet of zijn vaccin überhaupt zou werken bij mensen, laat staan veilig was) besloot hij toch om de jongen te vaccineren, aangezien zijn dood anders onvermijdelijk zou zijn. Dertien injecties later was de jongen kerngezond en de mensheid een werkzaam vaccin rijker.
Pasteur (in theorie Toussaint) was dus de eerste die ziekteverwekkers zodanig manipuleerde en afzwakte in het laboratorium, om ze dan vervolgens als vaccin te gaan gebruiken. Jenner daarentegen vond deze afgezwakte versie gewoon in de natuur op de uier van de koe.
De toekomst van het vaccin
Het vaccin heeft dus al een boeiende geschiedenis achter de rug, maar staat hoogstwaarschijnlijk ook een veelbelovende toekomst te wachten. Vaccinatie blijft een van de meest effectieve methoden voor de bestrijding van infectieziekten, waarbij de uitroeing van het pokkenvirus als grote voorbeeld kan dienen.
Desondanks hun succes blijft de nood aan nieuwe vaccins zeer hoog en verloopt hun ontwikkeling vaak veel trager dan we willen. Elke ziekteverwekker heeft zo wel zijn eigen unieke eigenschappen, die, in combinatie met de complexiteit van ons eigen immuunsysteem, er wel eens voor kunnen zorgen dat de zoektocht naar een werkzaam vaccin soms wel heel lang kan duren (denk maar aan HIV).
Ons immuunsysteem heeft zich dus nog niet volledig laten doorgronden. En dat zal waarschijnlijk ook nog wel even duren. Maar laat ons alleszins concluderen dat de mogelijkheden van vaccinatie waarschijnlijk eindeloos zijn. Misschien komt er zelfs ooit een vaccin op de markt voor voedselallergie, nicotine- of alcoholverslaving. Noem maar op. In theorie kan tegen elke lichaamsvreemde stof een immunologische respons opgewekt worden. De vraag is niet of, maar eerder wanneer de wetenschap daadwerkelijk hiertoe in staat zal zijn. Exciting times ahead!
