Original Material
Вакцины против коронавируса: настоящее и будущее. Часть I
Вторая волна коронавируса набирает силу как в России, так и во многих других странах. К счастью, большая часть людей болеет бессимптомно или легко. Однако так везет не всем: вирус, получивший научное название SARS-CoV-2, способен не только провоцировать иммунную систему заболевшего убивать или серьезно повреждать его организм в острой фазе заболевания, но также может вызывать долго длящиеся осложнения — так называемый долгий ковид.
Согласно наблюдениям многих врачей, недавно опубликованным в двух научных работах, значительная часть заболевших после прохождения острой фазы болезни неделями или месяцами испытывают слабость, затрудненность дыхания, одышку, ощущают «туман» в голове и т. д. [1, 2]. Врачи озадачены причинами этих осложнений и пока только вырабатывают стратегию помощи этим людям [3].
Поскольку медицинские работники пребывают в некоторой растерянности в отношении протоколов лечения осложнений коронавирусной инфекции, страдающие долгим ковидом пытаются поддержать друг друга психологически. В социальных сетях быстро растут группы, объединяющие пострадавших. Название одной такой группы в «Фейсбуке» — «Нетипичный коронавирус (постковид)» [4].
Не исключено, что долгий ковид может быть вызван аутоиммунными реакциями, спровоцированными вирусом, и/или связан с тем, что вирус способен не только выживать, но и активно воспроизводиться в кишечном тракте у некоторых уже выздоровевших пациентов, выписанных из больницы с отрицательными тестами ПЦР [5].
Еще одна крайне неприятная характеристика вируса — его высокая заражающая способность, начинающая проявляться за два дня до возникновения симптомов у тех, кто уже заразился [6]. Таким образом, коронавирус может распространяться невидимо и незаметно, как угарный газ. Те люди, которые еще не знают, что заразились, уже способны заражать других при коммуникациях на близком расстоянии.
Нет сомнений, что для борьбы с эпидемией, вызванной таким непредсказуемым и опасным вирусом, нужна вакцина. Поэтому в настоящее время ее разработка и успешное внедрение становятся особенно актуальной и важной задачей. По технологии производства все вакцины можно разделить на следующие категории: 1) основанные на убитом вирусе; 2) основанные на аттенуированном вирусе; 3) векторные; 4) белковые субъединичные; 5) пептидные и 6) генетические. К последним можно отнести вакцины, основанные на ДНК или РНК, которые кодируют вирусный белок-антиген [7].
В первой части статьи речь пойдет только о двух категориях вакцин, а именно генетических и векторных. Начнем с генетических. Недавно бизнес-объединение двух компаний — BioNTech и Pfizer — объявило о том, что по предварительным результатам анализа провакцинированных людей вакцина эффективно предотвращает заболевание в 90% случаев [8].
Компания сообщает, что данные получены на основании анализа 94 случаев заболевания, распределенных в группах вакцинированных и плацебо, которые вместе составляют более 40 тыс. участников. Это хотя и предварительные, но очень обнадеживающие новости для всех производителей вакцин.
BioNTech и Pfizer разработали вакцину на основе матричной РНК (мРНК), которая кодирует вирусный белок — другими словами, служит шаблоном для производства шиповидного белка (S-гликопротеина) коронавируса. Этот тип вакцин относится к категории генетических (см. выше). Вакцины, основанные на мРНК вируса, также испытывают компании Moderna в США [9], CureVac в Германии [10] и «Биокад» в России [11]. Moderna находится в заключительной фазе испытаний вакцинной разработки, а CureVac быстро приближается к этой фазе.
Пожалуй, одно из достоинств вакцин, которые разрабатывают компании, перечисленные выше, — то, что они не содержат последовательностей векторного вируса. (О векторных вакцинах и их сравнительных достоинствах по отношению к другим вакцинам речь пойдет ниже.) Соответственно, при применении генетических, а не векторных вакцин в организме вакцинируемого не образуется белков-антигенов, кодируемых векторными вирусами. На эти белки-антигены векторного вируса может вырабатываться иммунитет параллельно с выработкой защитной иммунной реакции на антиген вируса SARS-CoV-2.
Такой иммунитет, если он уже предсуществует, ограничивает эффективность первичного вакцинирования векторными вакцинами. Также иммунитет на векторные антигены, выработанный после вакцинирования именно векторными вакцинами, может свести на нет эффективность вторичного вакцинирования, которое, возможно, будет необходимо в случае кратковременности иммунитета, выработанного на вирусный антиген. Не исключено, что иммунитет от вакцины ослабнет — и через год или два после первой вакцинации потребуется вторая.
В то же время недостатком мРНКовых вакцин является необходимость их хранения в глубокой заморозке — –80 ºС и ниже, а также обязательность их транспортировки в сухом льду. Хотя если верить недавним пресс-релизам компании CureVac [12], эта проблема может быть решена. Так, сообщается, что вакцина производства CureVac может храниться около суток при комнатной температуре и долгое время — в обычном холодильнике.
Через несколько дней после выхода пресс-релиза с информацией о промежуточном успехе вакцины BioNTech/Pfizer появилось сообщение из России о том, что по результатам анализа распределения 20 случаев заболевания коронавирусной инфекцией среди более 16 тыс. привитых реальной вакциной или плацебо выявлен тренд, указывающий на эффективность вакцины «Спутник V» [13]. Вакцину разработал Исследовательский центр им. Гамалеи; она основана на векторной основе двух разных аденовирусов: серотипа 26 и серотипа 5. Оба вектора кодируют шиповидный белок коронавируса как иммуноген. Их совместное последовательное использование для праймирования (первая инъекция) иммунной реакции и бустирования (вторая инъекция) обеспечивают возможность преодоления предсуществующего иммунитета к одному из серотипов аденовируса (серотипу 5 или серотипу 26), который редко, но все-таки бывает у вакцинируемых. Для людей с предсуществующим иммунитетом к серотипу 5 будет более эффективна вакцинация аденовирусом с серотипом 26 и наоборот. Скорее всего, людей с предсуществующим иммунитетом сразу к двум вирусам крайне мало.
Таким образом, российская вакцинная разработка «Спутник V» принадлежит к категории векторных вакцин. Ее способность провоцировать образование нейтрализующих коронавирус антител у провакцинированных добровольцев была продемонстрирована ранее [14].
У векторных вакцин есть некоторые достоинства по сравнению с вакцинами на основе мРНК. В лиофилизированной (высушенной) форме они не требуют постоянного хранения в глубокой заморозке (–80 ºС). Кроме того, теоретически за счет дополнительного присутствия векторных последовательностей они могут вызывать более длительный иммунитет по сравнению с мРНК вакцинами. Хотя пока что более длительный иммунитет векторных вакцин по сравнению с генетическими — это только предположение, которое требует экспериментального подтверждения.
В то же время, как упоминалось выше, те же дополнительные векторные последовательности, которые могут вызывать более длительный иммунитет, способны помешать вторичной вакцинации. Иными словами, векторная вакцина — это, скорее всего, одноразовая, но долголетающая ракета, в то время как вакцина на основе мРНК — это многоразовый шаттл, возможно, с коротким временем «космического полета».
При необходимости вторичного применения вакцины для поддержания активного иммунитета будет, вероятно, более эффективна вакцина, сделанная на основе другой векторной последовательности. В этом случае удастся избежать мешающей роли иммунитета на сам вектор от первой вакцинации. То есть для создателей вакцин оптимально иметь набор векторных последовательностей, которые происходят из разных апатогенных вирусов человека или животных вирусов, не способных заражать человека. О наборе таких вирусов, используемых современными исследователями в качестве векторов, будет рассказано во второй части статьи.
Вакцины на аденовирусной основе разрабатываются и находятся в последней фазе клинических испытаний не только в России. Речь идет о компании Johnson and Johnson, объединении University of Oxford/AstraZeneca и нескольких китайских фармацевтических компаниях [15, 16].
В настоящий момент производители вакцины «Спутник V» столкнулись со сложностями масштабирования и стандартизации производства, поэтому клинические испытания поставлены на паузу [17]. О проблемах с запуском вакцины в массовое производство сообщил даже президент России. «Есть определенные проблемы, связанные с наличием или отсутствием определенного объема оборудования — „железа“, что называется, — для разворачивания массового производства», — сказал он [18].
В то же время Россия совместно с объединением University of Oxford/AstraZeneca собирается производить векторную вакцину в Новосибирске; основу этого вектора составляет аденовирус шимпанзе. О сотрудничестве и о планах совместного производства недавно сообщил посол России в Лондоне [19]. Не совсем понятно, почему возможности масштабирования производства в Новосибирске существуют для производства импортной аденовирусной вакцины, но отсутствуют для собственной. Какая-то нестыковка!
Кроме того, в рамках международного сотрудничества в России планируется провести последний этап клинических испытаний вакцины, созданной китайской компанией CanSino Biologics. Эта вакцина основана на аденовирусном векторе серотипа 5 [20], и этот же вектор является одним из компонентов вакцинной разработки «Спутник V». Испытания вакцины CanSino Biologics планируется проводить совместно с российской биофармацевтической компанией «Петровакс» в Москве [21].
Предварительные испытания вакцины в Китае, проведенные на нескольких сотнях добровольцев, показали, что она провоцирует высокий уровень нейтрализующих антител у большинства провакцинированных и при этом не вызывает слишком серьезных побочных эффектов. Редкими нежелательными эффектами бывали высокая температура и боль в месте укола [22].
Насколько быстро вирус может изменить свое обличье так, что вакцина ослабнет или перестанет работать? Этот вопрос чрезвычайно волнует создателей вакцин, и его активно изучают. Недавно международный коллектив из более чем 60 авторов опубликовал препринт, затрагивающий эту тему. В работе идет речь о новой мутации, вызывающей аминокислотную замену N439K. Аминокислота расположена в рецепторсвязывающем мотиве рецепторсвязывающего домена шиповидного белка коронавируса. Согласно авторам препринта, вирус с этой заменой имеет тенденцию к распространению и преобладанию над другими вариантами. Авторы сообщают, что вариант вируса с аминокислотной заменой N439K возник независимо дважды, в обоих случаях образуя множественные потомственные варианты из более чем 500 геномных последовательностей. По состоянию на октябрь 2020 года мутация обнаруживается в 12 странах, и вариант вируса с этой заменой является уже вторым по частоте встречаемости.
Самое неприятное в этой мутации то, что 15% моноклональных антител из коллекции исследователей и поликлональные антитела из сывороток выздоровевших людей связываются с новым вариантом вируса хуже, чем с исходным вариантом. Связывающая способность некоторых моноклональных антител падает больше чем в два раза. Естественно, падает и способность ряда антител нейтрализовать вирус.
Таким образом, делают вывод авторы статьи, новый вариант вируса представляет собой вариант, убегающий от иммунитета (immune escape variant). Нужно заметить, что пока что работа не прошла научного рецензирования и формально не является публикацией. Всё же не исключено, что авторы правы и появление такой мутации в вирусном геноме сигнализирует о том, что вакцинирование людей нужно будет проводить регулярно и каким-то образом менять «антигенную начинку» вакцины [23].
Кроме перечисленных выше вакцинных разработок, конечно же, есть много других — как в России, так и в мире. Об их достоинствах, недостатках, препятствиях к широкомасштабному применению, а также о перспективах совершенствования я расскажу в следующей части статьи.
Ольга Матвеева,
молекулярный биолог
P.S. Пока верстался номер, пришла новость о том, что компания Модерна (Moderna, Inc.) объявила о промежуточных результатах своих клинических исследований. Согласно пресс-релизу компании эффективность мРНК вакцины, которую она разрабатывает против COVID-19, составляет более 94%.
Всего в клиническом испытании Модерны было задействовано более 30 000 участников, которые были разделены поровну между контрольной и опытной группами. В группе плацебо заболело 90 участников, а в группе вакцинированных всего 5. Был также проведен анализ 11 особенно тяжелых случаев заболевания. Все тяжело-заболевшие оказались в группе плацебо. Побочные эффекты вакцинации включали боль в месте инъекции (2,7%), усталость (9,7%), боль в мышцах (8,9%), боль в суставах (5,2%). Вакцину Модерны можно хранить при -20 °С, что ее выгодно отличает от мРНК-вакцины Пфайзера, которая требует хранения при температуре -80 °С [24].