Эффективно и универсально: возможно ли создать вакцину от гриппа

Реально ли создать эффективную вакцину от гриппа и почему этот вирус нельзя искоренить, как оспу, в рамках «Дня биологии» ИБХ РАН рассказала Анастасия Сычева, аспирант ИБХ РАН. Специально для читателей, не посетивших лекцию лично, Indicator.Ru публикует ее расшифровку.

Первые упоминания об эпидемиях гриппа появились еще в XV–XVI веках, но самая трагичная и всем известная эпидемия была в 1918 году. По разным оценкам во время этой эпидемии погибло от 50 до 100 миллионов людей. Так что, несмотря на то, что мы уже на протяжении многих веков регулярно встречаемся с вирусом гриппа, однажды для нас это может оказаться серьезной проблемой. Возможно ли это как-то предотвратить?

На нашем счету есть уже одна победа. Много веков вспышки эпидемии натуральной оспы ежегодно уносили сотни тысяч жизней. Но это длилось до тех пор, пока английский врач Эдвард Дженнер не изобрел вакцину против натуральной оспы. И после проведения крупномасштабных кампаний по вакцинации всех жителей Земли, в 1979 году Всемирная организация здравоохранения наконец-то объявила о полном искоренении этого заболевания.

Позднее на конференции в Далеме был сформулирован ряд условий:

• вирус должен заражать только человека;

• существует быстрая и точная диагностика;

• у заболевания нет скрытой формы и возможно ограничить распространение патогена;

• инфекция не должна быть летальной или существует эффективная вакцина.

Для оспы эти условия выполнимы: вирус натуральной оспы заражает только человека, заболевание имеет характерную клиническую картину, пока не проявились первые признаки заболевания, человек практически не заразен, и у нас есть хорошая вакцина.

Применимо ли это к гриппу? Все наверняка слышали про свиной, птичий грипп. Да, грипп заражает не только людей. У гриппа такие же симптомы, как и еще у 200 различных вирусных заболеваний, а его точная диагностика обойдется в 2,5 тысячи рублей. Вы начнете заражать окружающих еще до того, как появятся первые симптомы. И последнее: у нас нет высокоэффективной вакцины против гриппа.

К сожалению, в ближайшее время грипп не будет искоренен. Изменить природу вируса гриппа уж слишком амбициозная задача. А вот создать новую эффективную вакцину вполне реально.

Какой она должна быть? Во-первых, эффективной, то есть после вакцинации у большинства людей будет формироваться хорошая иммунная защита, и они не заболеют. Во-вторых, универсальной, то есть эта защита будет действовать против большого разнообразия штаммов вируса гриппа. Штамм — это конкретный вирус, который был выделен в определенное время в определенном месте.

Как производят вакцину сейчас

Каждый год вакцину против гриппа собирают с нуля, но по уже отработанной технологии, которая максимально сжата по срокам и занимает восемь-девять месяцев. Сначала собирают информацию о том, какие штаммы циркулируют в природе. В феврале это все обсуждают и выбирают три или четыре наиболее подходящих для вакцины штамма. Затем запускается многостадийное производство, самая длительная стадия которого — выращивание вируса в куриных эмбрионах. Затем надо пройти тестирование на эффективность и безопасность и получить лицензию, только после этого вакцину можно продавать.

В чем здесь проблема? Пока восемь месяцев мы готовим вакцину, грипп тоже не спит, он активно меняется. Выбор штаммов — это попытка предсказания и не всегда удачная. И, чтобы себя обезопасить, нам надо найти в вирусе гриппа что-то такое, что не будет постоянно меняться.

Вирус гриппа, как и большинство других вирусов, может размножаться только в живых клетках другого организма, он устроен намного проще, чем наши клетки или даже бактерии. Существует три вида вируса гриппа: A, B и C. Вакцина включает штаммы только двух первых видов, потому что для нас они представляют наибольшую опасность. Но при этом все три вида имеют схожую структуру, которую условно можно разделить на три части: внешняя мембрана, такая же, как у наших клеток, из белков и липидов, белковая оболочка и геном в виде молекул РНК, покрытых белком. В каждой части есть белки, и наша иммунная система узнает их фрагменты, которые могут быть разными у разных вирусов, то есть вариабельными, а могут быть очень похожими, или консервативными. Вариабельность или консервативность определяются скоростью накопления мутаций. Консервативные фрагменты меняются медленнее, поэтому именно они нас интересуют.

Как иммунитет реагирует на появление вируса в организме?

Есть два пути. Первый — гуморальный. Это синтез антител, которые связывают поверхностные белки вируса, блокируют их и сообщают всем вокруг, что здесь находится что-то чужое. Второй — клеточный. Т-киллеры (разновидность Т-клеток) находят зараженные клетки по фрагментам внутренних белков вируса и убивают эти клетки, чтобы остановить распространение патогена. Но что самое главное: наш иммунитет умеет запоминать те фрагменты белков, с которыми он встретился, и при повторном заражении будет реагировать на них быстрее. Вакцинация — это обучение иммунитета: мы показываем ему патогены и формируем иммунологическую память.

Какие консервативные фрагменты исследователи выбрали для обучения иммунитета?

Начнем с внутренних белков, которые узнают Т-киллеры. Есть два белка, представленные в большом количестве внутри вируса гриппа: нуклеопротеин (NP), который связан с РНК и нанизан на нее, почти как бусинки на ниточку, и матриксный белок 1 (M1), который, как одинаковые кирпичики, выстраивает белковую оболочку. Оба белка, помимо того, что защищают геном вируса, выполняют еще и другие важные функции в жизненном цикле вируса. Так как изменение в аминокислотной последовательности белка может привести к тому, что белок потеряет свою функцию, нуклеопротеину и матриксному белку приходится быть достаточно консервативными.

Но T-киллеры узнают зараженную клетку, когда она показывает им фрагмент вирусного белка, который находится внутри нее. А это значит, при вакцинации вирусные белки как-то должны оказаться внутри. Как же их туда перенести?

Для этого решили использовать вирус осповакцины. Он безопасен, может заражать наши клетки и размножаться в них, но иммунная система очень быстро с ним справляется, и поэтому мы не заболеваем. Несколько генов в этом вирусе заменили на гены нуклеопротеина и матриксного белка, чтобы клетка их синтезировала, а потом показывала Т-киллерам. Такая вакцина уже прошла первую и вторую стадии клинических испытаний, которые показали ее эффективность и безопасность.

Теперь рассмотрим белки и их фрагменты, с которыми могут связываться антитела. Во внешней оболочке вируса гриппа есть ионный канал, состоящий из четырех белков М2, который, как насос, перекачивает ионы внутрь вируса. У каждого белка М2 снаружи есть небольшой кусочек, пептид, который оказался очень консервативным. Но мы не можем иммунизировать маленьким пептидом: антитела его даже не заметят. Поэтому при помощи генно-инженерных методов решили пришить его к другому, большому, белку, мимо которого иммунная система уж точно не пройдет, а заодно и на наш пептид отреагирует. Для это выбрали один из белков вируса гепатита В, и такая вакцина уже завершила первую стадию клинических испытаний.

Объектом самого последнего достижения, о котором сейчас все говорят, стал гемагглютинин (HA). Это поверхностный белок, который находится в оболочке вируса гриппа. Он в чем-то похож на липучку от кроссовок: когда вирус встречает клетку, он цепляется за нее при помощи гемагглютининов, чтобы дальше заразить. У разных вирусов гемагглютинины очень разные, но у некоторых из них ближе к основанию есть похожая область. И все было бы хорошо, но только эта часть белка очень нестабильна, мы не можем ею иммунизировать. Однако эту проблему удалось решить. В прошлом году практически одновременно в двух самых популярных научных журналах (Science и Nature) были опубликованы статьи о создании наночастиц, которые на поверхности несут кусочки гемагглютинина. Такие структуры оказались стабильными и эффективно вызывали иммунный ответ у мышей и хорьков. Начало клинических испытаний планируют начать уже в следующем году.

Для вакцины есть много хороших перспективных идей, но каждая из них должна успешно пройти все стадии тестирования, поэтому до реального применения пройдут еще годы. Но, кроме универсальной вакцины, универсальным может быть и лекарство. Для лекарства так же, как и для вакцинации, выбирают конкретную мишень. Но в отличие от вакцины лекарство действует непосредственно на сам вирус и до тех пор, пока вы им лечитесь.

Противогриппозные препараты начали разрабатывать еще в 1960-х годах, и первыми были созданы блокаторы ионного канала. Ионный канал перекачивает через оболочку протоны, чтобы закислить внутреннюю среду вируса гриппа. Это нужно для того, чтобы после проникновения вируса в клетку РНК смогла отделиться от белковой оболочки.

Однажды узнали, что производные адамантана могут блокировать этот канал, что мешает вирусу гриппа заразить клетку. Были выпущены два препарата: Амантадин и Римантадин, которые действуют только на вирус гриппа А. Но чем чаще их использовали, тем быстрее увеличивалось количество устойчивых к ним штаммов вируса гриппа. К 2005 году в некоторых странах доля устойчивых вирусов достигла 90%, поэтому теперь официальные организации не рекомендуют использовать эти препараты для лечения гриппа.

Позднее появились блокаторы нейраминидазы. Нейраминидаза — это тоже поверхностный белок вируса гриппа. Она помогает потомству вируса гриппа заражать другие клетки и работает как кусачки. Когда новый вирус выходит из клетки, он тут же к ней прилипает. Чтобы он не заражал ту же самую клетку второй раз, нейраминидаза откусывает все молекулы, к которым он прикрепился. Соответственно, блокирование нейраминидазы будет замедлять распространение вируса по нашему организму. Сейчас есть три препарата такого типа (Реленза, Тамифлю и Рапиваб), и все три действуют как на вирус гриппа А, так и на вирус гриппа В. Ко всем трем вирус гриппа пока чувствителен, тем не менее время от времени регистрируют случаи устойчивости. Для Тамифлю даже известна конкретная мутация с заменой одной аминокислоты в нейраминидазе, из-за которой препарат перестает действовать.

Чем активнее мы используем новые технологии, тем быстрее они теряют свою практическую ценность. Поэтому к списку рекомендованных противогриппозных препаратов есть очень важное уточнение: они рекомендованы для людей из группы риска, потому что для них заболевание и сопутствующие осложнения могут действительно закончиться смертью. Все, кто не входит в этот список, имеют достаточно собственных сил и ресурсов, чтобы справиться с вирусом гриппа. Все, что нам надо, — это выделить эти ресурсы для иммунной системы: не бежать на работу, а отдохнуть, выспаться, пропить витамины. Ну а ежегодная вакцинация уменьшит вероятность того, что вы вообще заболеете.

И последней вопрос, на который надо ответить, — что лучше: универсальная вакцина или универсальное лекарство? На данный момент иммунная система имеет неоспоримое преимущество над нашим интеллектом. Она умеет охотиться за патогенами и узнавать их даже в случае небольшого количества изменений. Все, что нам надо, — это заранее подготовить ее к тому врагу, с которым ей предстоит встретиться.

Расшифровку подготовила Дарья Сапрыкина