Рассказывает Владимир Гущин, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией механизмов популяционной изменчивости патогенных микроорганизмов и референс-центра по коронавирусной инфекции НИЦЭМ имени Н. Ф. Гамалеи.

Разобрать вирус

За появлением вакцины «Спутник V» стоят десятки лет работы ученых, которые занимались, прежде всего фундаментальными исследованиями, создавали вакцинные препараты, изучали вирусы как молекулярные машины. Людям иногда кажется, что вакцины, которые сейчас внесены в национальный календарь профилактических прививок, существовали и много лет назад. На самом деле это, конечно, не так.

Сначала появились живые ослабленные - так называемые аттенуированные - вакцины. Дальше стало понятно, что существующие технологии не позволяют создать иммунитет для всего спектра патогенных организмов. Поэтому ученые начали разрабатывать субъединичные, очищенные полисахаридные, рекомбинантные вакцины, использовать вирусоподобные частицы.

За каждой новой технологией стоял фундаментальный научный прогресс. Это было связано прежде всего с тем, что со временем люди все лучше понимали молекулярные механизмы работы иммунитета и патогенных микроорганизмов. Дело в том, что в основе любой вакцины лежит понимание того, как формируется иммунитет к конкретному патогену, то есть какие факторы иммунного ответа являются наиболее важными с точки зрения защиты человека. Это первый аспект. И второй аспект - необходимо понимать, что должно выступать в качестве иммуногена.

Подобные исследования в отношении векторных вакцин начались буквально после того, как была расшифрована главная догма молекулярной биологии, согласно которой все живое - это три уровня кодирования информации: ДНК кодирует РНК-молекулы, которые выступают в роли матриц для биосинтеза белка. Когда ученые разобрались с тем, как функционирует эта система, то молекулярная биология и, в частности, молекулярная вирусология начали очень быстро развиваться.

Понимание того, какие белки, какие гены у вируса за что отвечают, какие из них участвуют в какой стадии инфекционного процесса, какие из них важны с точки зрения формирования иммунитета, открыло огромное поле для создания различных прикладных технологий, улучшения диагностики и лечения.

Когда вы можете разобрать вирус на компоненты и каждый компонент исследовать независимо, то можете создавать более эффективные диагностические препараты. И то же самое с вакцинами. Зная главные иммунодоминантные белки, развив иммунитет, который может победить инфекционный агент, вы можете создавать вакцины.

Благодаря исследованиям в области молекулярной биологии и генетики родилось целое поле создания различных новых прогрессивных вакцин. Оно заключалось в том, что можно использовать отдельные белки в качестве иммуногена. Таким путем, например, пошли при создании вакцины от гепатита B, которая используется в нашей стране уже 20 лет. Каждый новорожденный ребенок получает ее вместе с БЦЖ.

Когда выяснилось, что для некоторых вирусов одного компонента иммуногена недостаточно, то стали делать вирусоподобные частицы. Таким образом была решена проблема с вирусом папилломы человека, который запускает рак шейки матки. Вакцина для предотвращения этого страшного заболевания сейчас широко используется.

Использовать аденовирус

Исследования векторных вакцин на основе аденовирусов начались сорок лет назад, когда ученые поняли, что аденовирусы очень перспективны. Это связано с тем, что они обладают высокой емкостью. То есть в них можно внести большой объем генетической информации, чтобы закодировать нужный иммуногенный белок.

Также была разработана платформа по созданию инактивированной формы аденовируса, когда вы переносите часть генетической информации аденовируса в состав клетки-продуцента, и таким образом вирус проявляет свои свойства только в условиях биореактора. То есть вирус нарабатывается в биореакторе, но после того, как вы его почистили и используете в качестве препарата, чтобы иммунизировать животное или человека, он будет абсолютно безопасен.

В нашем центре Гамалеи уже в конце 1970-х - начале 1980-х годов были разработки, когда в состав аденовирусов переносились другие вакциноценные кандидаты. В частности, уже тогда, сорок лет назад, пытались сделать вакцину от гепатита B. Только 20 лет назад стало понятно, что именно рекомбинантная вакцина наиболее эффективна против гепатита B. Ее сейчас массово внедрили.

Но исследования не стояли на месте, разрабатывались новые подходы. Стало понятно, что для того, чтобы использовать в качестве вакцины аденовирус, надо подобрать наименее распространенные в популяции человека серотипы, чтобы к ним у людей был наименьший иммунный ответ. Это первое.

Второе - нужно было для каждой из этих систем создать безопасную версию аденовируса: когда вы из аденовируса удаляете гены, которые нужны для воспроизводства в организме, переносите часть из них в клеточную линию-продуцент, получаете стабильную версию этих клеток. Третье - нужно было понять возможности этой модели. И, наконец, нужно было разобраться, какой иммунитет нужен именно против коронавирусов. Такие исследования начали активно развиваться после появления SARS-1 в 2002-2003 гг. Но так как этот вирус удалось быстро победить, то ни одно из исследований не дошло до создания реальной вакцины.

В 2014 году появился близкий по своему составу к SARS-CoV-2 ближневосточный респираторный синдром (БВРС). Это испугало ученых уже значительно сильнее. Очаг БВРС сохраняется, периодически появляются новые случаи заражения этим вирусом, когда летучие мыши передают его верблюдам, а те - людям. Это заболевание может распространиться широко. Понимая такой риск, в центре Гамалеи четыре года назад начали разрабатывать вакцину от БВРС. Тогда были исследованы основные подходы в создании иммунного ответа. Было проведено большое количество работ, связанных с выбором того, какой вариант обладает наибольшей иммуногенностью. По счастливому стечению обстоятельств к моменту появления и распространения в популяции SARS-CoV-2 исследования вакцины от БВРС находились на второй фазе клинических исследований. То есть 200 человек уже получили этот препарат. Было понятно, что такая вакцина безопасна, было понятно, какая часть иммуногена дает наибольший вклад в формирование вируснейтрализующих антител и дает высокую защиту. Такие исследования стали мощной основой для оперативного создания препарата против SARS-CoV-2.

К слову, первой российской вакциной на основе аденовирусов была вакцина против лихорадки Эбола. Тот вызов показал, что аденовирусные препараты работают не только у отечественных, но и у зарубежных исследователей. Во время вспышки лихорадки Эбола в 2015 году несколько компаний сделали кандидатные вакцины с использованием вирусных платформ. Были испытаны вакцины от Johnson & Johnson, Merck. В этом смысле Россия не в одиночку шла по пути создания технологии аденовирусных векторов, точнее - вирусных векторов, потому что, как я уже сказал, довольно-таки разные вирусы могут выступать в качестве векторов для доставки информации для того, чтобы сформировать качественный иммунный ответ.

Универсальная платформа

Порой людям кажется, что вирусная вакцина - это что-то новое, но с точки зрения науки это не так. Последние сорок лет ученые постоянно работают с вирусными моделями - начинали с бактериофагов, вирусов растений, животных, исследовали молекулярные механизмы работы репликативной машины.

Если говорить о применении на людях - это тоже не новый подход, ему уже десятки лет. Уже многие годы создаются различные кандидатные вакцинные платформы и кандидаты вакцины. У нас есть полное понимание, как эти платформы взаимодействуют с организмом.

Порой человеку кажется, что это что-то страшное, измененное, опасное. Но мы уже более ста лет используем ослабленные вакцинные препараты. И, говоря о них, мы безусловно имеем в виду полноценную работу вируса или бактерии в виде вакцины. По сути, это почти ничем не отличается от живой инфекции, только вы имеете ослабленную демоверсию заболевания.

Возьмем, например, вакцину от желтой лихорадки: чтобы сформировался хороший иммунитет, вирус должен проникнуть в клетку, должны наработаться вирусные белки, должна запуститься реакция врожденного иммунитета. То же самое с вакциной от оспы. Оспа побеждена много лет назад, но прогресс не стоит на месте, эта болезнь продолжает исследоваться, ее геном активно изучается. Создаются новые варианты оспенной вакцины - еще более безопасные.

Освоение новых технологий позволяет создавать принципиально новое, исключая все плохое и оставляя все хорошее. Когда мы используем аденовирусные платформы, мы исключаем, что у человека разовьется какая-либо инфекция, потому что аденовирус - неинфекционный. И, что важно, такой вирус не может сбежать в природу, потому что он не способен к репродукции.

Вакцина против оспы массово применялась, спасала миллионы людей, но вызывала нежелательные явления с частотой один случай на десять тысяч человек. Сейчас этот уровень считается неприемлемым. Эффективность современных вакцин такова, что нежелательные явления развиваются с частотой один случай на миллион человек и реже.

Как я уже сказал, фундаментальные исследования аденовируса в центре Гамалеи начались в конце 1970-х - начале 1980-х годов. В результате работы стало понятно, что аденовирус - чрезвычайно перспективная модель для разных направлений. Он не встраивается в геном, может доставлять большой объем генетической информации. Можно выбрать такие серотипы аденовируса, которые очень мало распространены в популяции людей, а значит, могут эффективно использоваться в качестве терапевтических или профилактических средств.

Такие прикладные исследования активно начались в последние 20 лет. За это время под руководством Бориса Савельевича Народицкого, который считается одним из основателей аденовирусной технологии в нашей стране, было разработано большое количество подходов для того, чтобы использовать аденовирус как генно-терапевтическое средство и как вакцину.

Как раз эти исследования показали, что аденовирус существенно менее перспективен, чтобы его использовать в качестве генной терапии, потому что довольно быстро выводится из организма. Но вот с точки зрения его использования в качестве вакцин он как раз показал чрезвычайно высокую перспективность. Поэтому в центре Гамалеи за последние десять лет было создано очень большое количество разных вариантов кандидатных вакцин: против бешенства, Эболы, гриппа, ближневосточного респираторного синдрома и SARS-CoV-2.

То есть на поток поставлен процесс, когда вы используете аденовирусные векторы для того, чтобы очень быстро создать кандидатный вакцинный препарат и испытать его с использованием животных моделей в доклинических исследованиях и, в случае успешного их прохождения, в клинике. И многие препараты на самом деле дошли до клиники, многие из них сейчас исследуются. Это говорит о том, что аденовирус - это некая универсальная платформа, которая позволяет создавать вакциноценный иммунитет против самых разных вирусных инфекционных агентов.

Текст опубликован в рамках цикла лекций «Спутник жизни» на портале «ПостНаука».

https://postnauka.ru/courses/156853

Словарь

Живая вакцина -препарат из ослабленных микроорганизмов или вирусов, способных вызвать лишь демоверсию болезни.

Векторная вакцина -вакцина, принцип действия которой заключается в том, что вирус-вектор (в случае со «Спутник V» - аденовирус) доставляет ген целевого вируса (например, SARS-CoV-2) в клетки, чтобы иммунная система отреагировала на него выработкой антител.

Субъединичная вакцина - представляет собой белок возбудителя заболевания или его фрагмент.

ДНК - макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования организма. Строение и форма организмов определяются белками, структура которых зашифрована в ДНК.

Аденовирусы - семейство ДНК-содержащих вирусов позвоночных. Используются при создании векторных вакцин.