Rethinking the Immune Responses Induced by Commercial Multicomponent Acellular and Whole Cell Pertussis Vaccines and Pertussis Infection in the Baboon Model

हूकिंग कफ (whooping cough), जिसे चिकित्सकीय रूप से पर्टिसिस (pertussis) के रूप में जाना जाता है, एक अत्यधिक संक्रामक श्वसन संबंधी बीमारी है जो एक विशिष्ट प्रकार के बैक्टीरिया के कारण होती है। जबकि वयस्कों में यह हल्का हो सकता है, यह शिशुओं के लिए एक गंभीर खतरा पैदा करता है, जिससे निमोनिया, स्थायी विकलांगता या मृत्यु भी हो सकती है। दशकों से, इस बीमारी के खिलाफ प्राथमिक बचाव टीकाकरण रहा है। ऐतिहासिक रूप से, हूकिंग कफ से लड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले पहले टीके मृत, पूरे बैक्टीरिया (whole, killed bacteria) से बनाए गए थे। ये "होल सेल" (whole cell) टीके न केवल बीमारी को रोकने में, बल्कि बैक्टीरिया के एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में प्रसार को रोकने में भी अत्यधिक प्रभावी थे। हालांकि, वे अक्सर महत्वपूर्ण दुष्प्रभाव पैदा करते थे, जिसके कारण 1990 के दशक में उन्हें "एसुलर" (acellular) टीकों द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया। ये नए संस्करण पूरे जीव के बजाय बैक्टीरिया के केवल कुछ शुद्ध भागों को शामिल करते हैं। जबकि एसुलर टीके सुरक्षित हैं और बच्चों को बहुत बीमार होने से बचाते हैं, सार्वजनिक स्वास्थ्य डेटा एक चिंताजनक प्रवृत्ति दिखाता है: उन देशों में जहां इन नए टीकों का उपयोग किया जा रहा है, हूकिंग कफ के मामलों की संख्या लगातार बढ़ रही है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से संदेह किया है कि हालांकि नए टीके बीमारी को रोकते हैं, वे बैक्टीरिया को नाक और गले में रहने और दूसरों में फैलने से रोकने में विफल रहते हैं, लेकिन इस अंतर के जैविक कारण अब तक स्पष्ट नहीं रहे थे।

इस रहस्य को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक ऐसे मॉडल की ओर रुख किया जो मानव शरीर क्रिया विज्ञान (physiology) की बारीकी से नकल करता है: बबून (baboon)। एक व्यापक अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने आधुनिक एसुलर वैक्सीन, पुराने होल-सेल वैक्सीन, या प्राकृतिक संक्रमण के बाद बबून की प्रतिरक्षा प्रणाली (immune system) की तुलना की। लक्ष्य रक्त कोशिकाओं के भीतर गहराई से देखना था ताकि यह देखा जा सके कि शरीर की रक्षा प्रणाली प्रत्येक तीन परिदृश्यों में कैसे प्रतिक्रिया करती है। शोधकर्ताओं ने केवल एंटीबॉडीज (antibodies) की तलाश नहीं की, जो कीटाणुओं को बेअसर करने वाले प्रोटीन होते हैं; उन्होंने प्रतिरक्षा प्रणाली के विभिन्न हिस्सों के बीच होने वाली व्यापक बातचीत को समझने के लिए हजारों जीन की गतिविधि का मानचित्रण किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या नया टीका शरीर की रक्षा प्रणाली को पुराने टीके या वास्तविक संक्रमण की तुलना में निर्देशों का एक अलग सेट भेज रहा है।

अध्ययन से पता चला कि तीनों एक्सपोजर मौलिक रूप से भिन्न प्रतिरक्षा परिदृश्य (immune landscapes) उत्पन्न करते हैं। जब बबूनों को आधुनिक एसुलर वैक्सीन दिया गया, तो उनके शरीर ने एक मजबूत, तीव्र प्रतिक्रिया दी जो वायरस के प्रति प्रतिक्रिया जैसी दिखती थी। ऐसा संभवतः इसलिए था क्योंकि टीके में एक घटक शामिल था जो पोलियो से सुरक्षा प्रदान करता है, जिसे प्रतिरक्षा प्रणाली ने एक वायरल खतरे के रूप में पहचाना। इस "एंटीवायरल" (antiviral) संकेत ने प्रतिरक्षा प्रणाली को वायरस से लड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए विशिष्ट प्रोटीन बनाने के लिए प्रेरित किया और साइटोटॉक्सिक टी सेल (cytotoxic T cell) नामक एक प्रकार की श्वेत रक्त कोशिका को सक्रिय किया, जो संक्रमित कोशिकाओं का शिकार करती है। हालांकि, इस प्रतिक्रिया में फेफड़ों से जीवाणु संक्रमण को साफ करने के लिए आवश्यक संकेतों का पूरा समूह शामिल नहीं था। प्रतिरक्षा प्रणाली एक वायरल युद्ध के लिए तैयार होने में व्यस्त थी, न कि एक बैक्टीरियल युद्ध के लिए।

इसके विपरीत, जिन बबूनों को पुराना होल-सेल वैक्सीन दिया गया था या जो प्राकृतिक संक्रमण से प्रभावित थे, उनमें एक बहुत अलग पैटर्न देखा गया। उनकी प्रतिरक्षा प्रणाली ने एक न्यूट्रोफिल (neutrophil) नामक श्वेत रक्त कोशिका के मार्ग को सक्रिय किया, जो बैक्टीरिया के आक्रमण से लड़ने के लिए महत्वपूर्ण है। यह प्रतिक्रिया संकेतों की एक जटिल श्रृंखला द्वारा संचालित थी जिसमें इंफ्लेमेटरी मार्कर (inflammatory markers) और थ17 (Th17) कोशिका नामक एक विशिष्ट प्रकार की प्रतिरक्षा कोशिका शामिल थी। ये कोशिकाएं श्वसन मार्ग से बैक्टीरिया को साफ करने और उनके प्रसार को रोकने के लिए आवश्यक मानी जाती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि होल-सेल वैक्सीन और प्राकृतिक संक्रमण दोनों ने इस बैक्टीरियल-लड़ने वाली मशीनरी को सफलतापूर्वक सक्रिय किया, जबकि आधुनिक एसुलर वैक्सीन इसे करने में काफी हद तक विफल रहा। यह अंतर स्पष्ट करता है कि क्यों पुराना टीका और प्राकृतिक संक्रमण बीमारी को फैलाने के खिलाफ बेहतर सुरक्षा प्रदान करते हैं, भले ही नया टीका सुरक्षित है और गंभीर बीमारी को रोकता है।

अध्ययन ने यह भी उजागर किया कि शरीर टीके के घटकों को कैसे संभालता है। आधुनिक एसुलर वैक्सीन, जिसमें पोलियो घटक शामिल है, ने प्रतिरक्षा प्रणाली को अधिक नियंत्रित अवस्था में रखा। इसने लाल रक्त कोशिकाओं के उत्पादन और रक्त के थक्के जमने से जुड़े जीन को सक्रिय किया, जो यह दर्शाता है कि शरीर एक पूर्ण-स्तरीय सूजन संबंधी युद्ध शुरू करने के बजाय संसाधनों का सावधानीपूर्वक प्रबंधन कर रहा था। दूसरी ओर, पुराने टीके और संक्रमण ने अधिक मजबूत और व्यापक सूजन संबंधी (inflammatory) प्रतिक्रिया को सक्रिय किया। इसमें उन जीन का सक्रिय होना शामिल था जो प्रतिरक्षा प्रणाली को लंबे समय तक संक्रमण को याद रखने में मदद करते हैं, जिससे एक अधिक टिकाऊ रक्षा निर्मित होती है। शोधकर्ताओं ने देखा कि बैक्टीरिया से संक्रमित बबूनों ने विशिष्ट कीटाणु की एक मजबूत स्मृति विकसित की, जबकि होल-सेल वैक्सीन वाले बबूनों ने तत्काल रक्षा और दीर्घकालिक स्मृति का एक संतुलित मिश्रण दिखाया। हालांकि, एसुलर वैक्सीन समूह ने तत्काल एंटीबॉडी उत्पादन पर ध्यान केंद्रित किया लेकिन उसमें दीर्घकालिक कोशिकीय स्मृति की उतनी गहराई नहीं थी जो अन्य दो समूहों में पाई गई थी।

एक सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष यह था कि टीके की संरचना ने प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को कैसे बदल दिया। अध्ययन में उपयोग किया गया आधुनिक एसुलर वैक्सीन एक "पेंटावेलेंट" (pentavalent) संस्करण था, जिसका अर्थ है कि यह एक साथ पांच अलग-अलग बीमारियों से सुरक्षा प्रदान करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस मिश्रण में पोलियो घटक का समावेश एंटीवायरल प्रतिक्रिया का एक प्रमुख चालक था। यह सुझाव देता है कि आज टीके जिस तरह से पैक किए जाते हैं—एक ही शॉट में कई एंटीजन को मिलाकर—वह प्रतिरक्षा प्रणाली की प्रतिक्रिया को उन तरीकों से आकार दे सकता है जो पुराने, एकल-रोग टीकों में नहीं देखे गए थे। अध्ययन में यह नहीं पाया गया कि नया टीका "गलत" या अप्रभावी था; बल्कि, इसने दिखाया कि यह प्रतिरक्षा प्रणाली को एक अलग सबक सिखाता है। यह शरीर को बीमारी के लक्षणों को रोकने के लिए एंटीबॉडी बनाने के लिए सिखाता है, लेकिन यह शरीर को वायुमार्ग से बैक्टीरिया को साफ करने या इसके प्रसार को रोकने के लिए नहीं सिखाता है।

शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि प्रतिरक्षा प्रणाली खुद को अति-प्रतिक्रिया (overreaction) से बचाने के लिए खुद को कैसे नियंत्रित करती है। उन समूहों में जिन्होंने होल-सेल वैक्सीन प्राप्त किया था या जो प्राकृतिक संक्रमण से प्रभावित थे, शरीर ने ऐसे संकेत उत्पन्न किए जो बैक्टीरिया के साफ होने के बाद प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को शांत करने में मदद करते हैं। एसुलर वैक्सीन समूह में, शरीर ने अलग-अलग नियामक संकेतों को सक्रिय किया, जिनमें प्रतिरक्षा गतिविधि को दबाने वाली एक कोशिका प्रकार से जुड़े संकेत शामिल थे। यह सुझाव देता है कि नया टीका प्रतिरक्षा प्रणाली को उच्च सतर्कता लेकिन कम आक्रामकता की स्थिति में रख सकता है, जो सुरक्षित तो है लेकिन बैक्टीरिया को साफ करने में कम प्रभावी हो सकता है। अध्ययन ने पुष्टि की कि जबकि एसुलर वैक्सीन गंभीर खांसी और अस्पताल में भर्ती होने को रोकने में उत्कृष्ट है, यह उसी "स्टेरिलाइजिंग" (sterilizing) प्रतिरक्षा को नहीं बनाता जो बैक्टीरिया को पहली बार पकड़ बनाने से रोकती है।

ये निष्कर्ष उन महामारी संबंधी (epidemiological) आंकड़ों को एक स्पष्ट जैविक स्पष्टीकरण प्रदान करते हैं जिन्होंने वर्षों से स्वास्थ्य अधिकारियों को उलझाया हुआ है। होल-सेल से एसुलर टीकों की ओर बदलाव ने गंभीर बीमारी को कम करके जीवन बचा लिया है, लेकिन इसने प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया की प्रकृति को इस तरह से बदल दिया है कि बैक्टीरिया बने रहते हैं और फैलते हैं। अध्ययन का सुझाव है कि वैक्सीन डिजाइन का भविष्य इस बात में निहित हो सकता है कि होल-सेल संस्करण की शक्तिशाली, व्यापक-स्पेक्ट्रम प्रतिरक्षा सक्रियता के साथ एसुलर वैक्सीन की सुरक्षा को कैसे जोड़ा जाए। बबून मॉडल का उपयोग करके, शोधकर्ता एक जीवित प्रणाली में इन जटिल अंतःक्रियाओं को देखने में सक्षम रहे, जो अगली पीढ़ी के टीके विकसित करने के लिए एक रोडमैप प्रदान करता है जो बीमारी और इसके प्रसार दोनों के खिलाफ सुरक्षा प्रदान कर सके। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली एक एकल स्विच नहीं है जिसे चालू या बंद किया जा सकता है, बल्कि एक जटिल नेटवर्क है जो इस बात पर प्रतिक्रिया करता है कि उसे वास्तव में क्या दिखाया गया है। इन बारीकियों को समझना पूर्ण सुरक्षा प्रदान करने वाले टीके बनाने के लिए आवश्यक है।