Светлана Кабанова

 

Вакцины против коронавируса COVID-19

 

Когда в наш организм попадает чужеродный компонент (антиген), то мы начинаем вырабатывать защитные биохимические блоки — антитела. Процесс этот очень интересный, но многоуровневый и комплексный, и в рамках данной статьи детальное его обсуждение мы опустим. Но пару «инфекция (антиген) — защитники (антитела)» рассмотрим.

 

Обратим внимание на строение так надоевшего всем антигена, коронавируса COVID-19 или SARS-CoV-2*. Вы можете себе представить шерстяную нить внутри надувного шарика? Отлично. А теперь разместите на шарике множество небольших резиновых присосок. Получилось? Поздравляю вас с созданием модели коронавируса из подручных материалов. Теперь назовем вещи своими именами. «Шерстяная нить» — это РНК, наследственный материал, геном вируса. «Оболочка шарика» в нашем случае будет играть роль защитного липидного (жирового) и белкового  слоя, а «присоски» — это ничто иное как шипы вируса. Именно они кому-то напомнили корону, что и дало название не только COVID-19, но и целому семейству вирусов. Мне проще сравнить резиновые присоски не с короной, а с кисточками, но это дело вкуса и сути не меняет.

Когда вирус достигает клетки, он ищет «дверь» и, к сожалению, часто ее находит. Замок двери — это рецептор ACE2 клетки, а ключ — спайковый, шиповидный белок (S-белок) вируса, который находится на волосяном пучке «кисточки». Дернет вирус за веревочку («кисточку»), ACE2 — «дверь» и откроется. После проникновения в клетку вирус ее перепрограммирует на то, чтобы она образовывала его составные части, а не свои. При этом вирус старается, чтобы хозяин не умирал, но выполнял его и только его программу. Паразит он и есть паразит.

Противостоит подобным сценариям наша иммунная система. Как только  незнакомый паразит (инфекция, антиген) попадает в живой организм, последний начинает формировать «армию спасения» — антитела. Они разные по биохимическому составу, но имеют очень важное общее свойство: специфичность к антигену. Это означает, что единожды образовавшись, антитела остаются в организме как военнослужащие запаса, но не общего профиля, а к конкретному противнику. И если этот противник вновь появляется на горизонте, антитела сразу вступают в бой. Подчеркну, что слово «сразу» имеет ключевое значение: нашему организму в случае заражения не придется в спешном порядке заново создавать «армию спасения». Наоборот, мы в этом случае сможем немедленно воспользоваться предварительно созданными ресурсами (иммунологической памятью), что гарантирует очень высокий процент победы.

 

Созданием «армии спасения» до спонтанного внедрения жизнеспособного антигена и занимается вакцинация. Предлагаю нам с вами превратиться в ученых, перед которыми поставлена задача разработать вакцину против коронавируса. С чего мы начнем? Верно, с поиска способов вакцинации. Их уже было немало, и сводятся они к трем основным направлениям: вакцинация препаратами из живых микроорганизмов, инактивированных (убитых) антигенов или их фрагментов. 

Живые вакцины представляют собой медикаменты из цельных, жизнеспособных, но ослабленных микроорганизмов (вирусов или бактерий) с искусственно пониженной вирулентностью. Такие антигены могут размножаться в организме хозяина, но развернутое заболевание вызвать не способны: силенок не хватит. Для нас важно то, что их активности достаточно для создания «армии спасения».

В нашем случае живые вакцины можно сравнить с объектом с немного слипшейся «шерстяной нитью», но с неповрежденными «кисточками».

Примером живой вакцины против коронавируса служит COVI-VAC (Codagenix / Serum Institute of India, США/Индия), находящаяся на стадии клинических испытаний [1,2].

Инактивированные вакцины создаются также на базе цельных антигенов, но отличаются от живых тем, что их жизнеспособность сведена к нулю. Действующее вещество убитой вакцины не может самостоятельно размножаться, но вызывать необходимый иммунный ответ оно в состоянии. Иными словами, мы имеем дело с распавшейся на блоки «шерстяной нитью», вырванными «волосиками» из «кисточек» и отделенной «ножкой кисточки». Все перечисленные компоненты могут быть закупорены внутри «шара», но выходить наружу (т.е. в клетку) после вакцинации.

Примерами инактивированных вакцин являются BBIBP-CorV (Sinopharm, Китай) [1,3], CoronaVac (Sinovac, Китай) [1,4] или BBV152 (Bharat Biotech, Индия) [1,5]. На момент написания статьи вакцины из Китая рассчитывают на регистрацию в Еврозоне.

Изучение взаимодействия антигена и антител обозначило очень интересный факт: для развития полноценного иммунного ответа не всегда обязательно иметь препараты на базе цельных микроорганизмов. Во многих случаях достаточно организму предложить уникальные специфические участки антигенов, и этого хватит для выработки необходимых «военнослужащих запаса». Как вы уже догадались, мы переходим к обсуждению вакцин, созданных из фрагментов антигенов.

 

Векторная вакцина

 

«Шерстяная нить» или РНК коронавируса в нем играет роль ДНК (генов), т.е. наследственной информации. «Оболочка шарика» и «кисточки», как вы догадались, это вспомогательные приспособления, которые позволяют РНК выжить и в благоприятных условиях развернуться во всю мощь. Если неповрежденная РНК коронавируса попадет в клетку хозяина, то она способна не только многократно воспроизвести себя саму, но и спровоцировать синтез всего вируса.

Но у нас иная цель: не допустить заболевания, но вызвать иммунную реакцию. Следовательно, нам необходимо вырезать некоторые блоки из РНК, причем так, чтобы составные части коронавируса (не обязательно все) могли бы образовываться, но в цельный вирус они бы собраться не смогли. В современных биотехнологических или фармацевтических компаниях как раз этим и занимаются. Отредактировав должным образом РНК, создатели вакцин помещают ее в «транспортное средство» — вектор. Векторами могут быть тоже вирусы, но другие, безопасные, чаще дефектные по размножению в организме человека. Подобные вектора — вирусы повсеместно используются в молекулярной биологии для встраивания в них генов и переноса в другие организмы. Есть специальные банки данных векторов — вирусов. Но это тема отдельной статьи. 

Чего мы уже достигли? Вектор, несущий измененную РНК, проникает в клетки человека и способствует выработке там некоторых компонентов коронавируса. Например, его спайкового белка. Сам по себе S-белок ничего плохого нам сделать не может, а стимулировать иммунную систему он будет в состоянии. Цель достигнута, причем путем активности кусочков «шерстяной нити», извлеченных из «шара» и помещенных в маленький «шарик».

Примерами зарегистрированных в Евросоюзе векторных вакцин являются AZD1222 или AstraZeneca (Vaxzevria) (AstraZeneca / University Oxford Швеция / Великобритания) [1,7,8] и COVID-19 Vaccine Janssen (Janssen-Cilag / Johnson & Johnson, Нидерланды / США) [1,9].

Примером созданной и зарегистрированной в Российской Федерации и некоторых других странах векторной вакцины является Спутник V (Исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи и научно-исследовательский институт Минобороны России) [10].

 

Вакцины на основе нуклеиновых кислот

 

Нуклеиновые кислоты — это ДНК и РНК. Биохимики — признанные мастера длинных эпитетов.  Дезоксирибонуклеиновая... Отлично звучит, не правда ли? В образовании этого сложного слова есть своя логика. Первая часть "дезоксирибо-", происходит от одноименного названия дезоксирибозы, углеводного остатка (одного из видов сахаров), соединенного химически и фонетически со второй частью названия — "нуклеиновая". Последнее произошло от латинского слова «nucleus» (ядро). Если мы теперь в расшифрованном слове «дезоксирибонуклеиновая» выделим начальные буквы двух его смысловых блоков и прибавим к ним «к» от слова кислота, то получим аббревиатуру ДНК.

РНК повезло больше: ее название укоротилось до «Рибонуклеиновая кислота». С биохимической точки зрения, мы наблюдаем лишь замену углеводного остатка дезоксирибозы на рибозу (т.е «д» на «р»).  С физиологической точки зрения ситуация обстоит гораздо интереснее.

При изучении иностранных языков для корректного прочтения слов мы пользуемся транскрипцией. Аналогичное корректное прочтение необходимо любому живому организму, например, при копировании информации с ДНК на РНК. ДНК находится в окруженном мембраной ядре клетки и представляет собой эталон, матрицу. Для синтеза белков и для подстраховки (чтобы не испортить эталон) наша клетка использует копию ДНК — РНК. Процесс переписывания генетической информации с ДНК на РНК также как и в лингвистике называется транскрипцией, т.е. процессом с соблюдением правил прочтения. Существует несколько функционально различных видов РНК. Та из них, которая непосредственно является копией «шаблона», называется матричной РНК (мРНК, mRNA). Сформировавшаяся в результате транскрипции мРНК выполняет свою миссию не в ядре, а в вязком внеядерном пространстве клетки. Именно там, в цитоплазме, происходит таинство синтеза макромолекул белков (апостолов органической жизни), используя коды мРНК. Эволюция распорядилась так, что матричной РНК не выдается обратный билет, она не возвращается в ядро. Иначе можно было бы повредить уникальную структуру ДНК — эталона. Очень мудрое и верное решение.

Некоторые вирусы редуцировали классическую схему «ДНК — РНК — белки», лишившись ДНК. РНК таких вирусов служит им как эталоном, так и его копией. Это увеличивает процент возникновения мутаций (изменений эталона), но существенно повышает шансы на самовоспроизведение. А если «шерстяную нить» укутать оболочкой и обзавестись «кисточками» в качестве «ключей» для нового «отеля», то жизнь обещает стать лучше. Такую стратегию выбрал «наш» коронавирус.

Теперь, когда мы знаем больше о жизнедеятельности COVID-19,  вернемся к разработке вакцин против него.

 

РНК-вакцины

 

Именно на основе модифицированной мРНК COVID-19 созданы вакцины Comirnaty BNT162b2 (BioNTech / Pfizer, Германия / США) [1,11],  mRNA-1273  (Moderna Biotech, NIAID, США) [1,12,13] и CureVac (Германия, США) [14]. Первые две из них зарегистрированы в Евросоюзе, CureVac на момент написания статьи ожидает регистрации. Модернизированная «шерстяная нить» в этих препаратах помещена в современное «транспортное средство». Нет, не в электромобиль и не в вектор — «шарик», а на липидную наночастицу. Такие микрочастицы проникают в наши клетки, где сбрасывают  с себя РНК, которая по уже заданному нами алгоритму начинает вырабатывать определенные вирусные белки. А они в свою очередь вызывают иммунный ответ.  

 

ДНК-вакцины

 

ДНК изначально находится в ядре клетки, и туда же попадает измененная ДНК антигена из прививочного препарата. Там она встраивается в геном (ДНК) клетки хозяина, начинает работать (заниматься транскрипцией), вследствие чего возникает ее копия — РНК. Она участвует в синтезе определенных белков, т.е. все происходит согласно схеме «ДНК — РНК — белки».

Продукты этой схемы в орга-низме стимулируют иммунную систему к образованию антител.

Стадии «синтез РНК — образование белков» нас устраивают. Смущает первый этап — внедрение прививочной ДНК в геном (ДНК) хозяина. Например, в человеческий геном. Как отреагирует ДНК человека на визит непрошенных гостей? Не приведет ли это к сбоям в работе наших генов? Эти вопросы остаются открытыми, поэтому пока ни одна ДНК-вакцина не получила разрешения для использования на людях.

Тем не менее, разработка ДНК-вакцин ведется. Например, ею занимается  компания Inovio Pharmaceuticals (США) [15] и создает ДНК-вакцину INO-4800 [16]. Комментировать создание этой и подобных вакцин автор не будет, поскольку не исключает, что современный уровень науки позволит в будущем ДНК-вакцины также сделать безопасными. Когда будет получен результат, тогда его и обсудим.

Хочется еще раз подчеркнуть, что мРНК в геном человека не встраивается. Она не способна к этому ни химически, ни физически, ни физиологически. Поэтому препараты на основе мРНК активно используются при вакцинации людей.

 

Белковые вакцины

 

Название говорит само за себя: в качестве антигена организм получает не нуклеиновые кислоты, а некоторые «готовые» белки коронавируса: части «оболочки» или «кисточки». Они сразу же активируют иммунный ответ.

Примером белковой вакцины против COVID-19 может служить EpiVacCorona (ЭпиВакКорона) [17], которая разработана в Российском научном центре вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора. Препарат содержит три пептида (небольших искусственно синтезированных белка), копирующих фрагменты S-белка (частей ворса «кисточек») коронавируса SARS-CoV-2. В Евросоюзе эта вакцина не зарегистрирована.

 

Будьте здоровы, дорогие читатели!

 

Источники информации***

  1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33355732/
  2. https://www.prnewswire.com/news-releases/codagenix-and-serum-institute-of-india-initiate-dosing-in-phase-1-trial-of-covi-vac-a-single-dose-intranasal-live-attenuated-vaccine-for-covid-19-301203130.html
  3. https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(20)30831-8/fulltext
  4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33548194/
  5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33485468/
  6. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33306989/
  7. https://www.astrazeneca.com/covid-19.html
  8. https://www.gesundheitsinformation.de/der-impfstoff-astrazeneca-vaxzevria-astrazeneca-zur-impfung-gegen-corona.html
  9. https://www.gesundheitsinformation.de/der-impfstoff-janssen-janssen-cilag-johnson-und-johnson-zur-impfung-gegen-corona.html
  10. https://sputnikvaccine.com/
  11. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33683637/
  12. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33378609/
  13. https://www.modernatx.com/
  14. https://www.curevac.com/covid-19/
  15. https://www.inovio.com/
  16. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33392485/
  17. https://www.rospotrebnadzor.ru/about/info/news/news_details.php?ELEMENT_ID=15649

* — схемы строения сложных молекул, организмов и механизмы их действия упрощены и являются познавательным материалом, но не учебным пособием.

** — упоминание названий фармацевтических компаний и препаратов не является рекламой, но примером.

*** — источники информации указаны на середину апреля 2021-го года.