Оригинал материала опубликован опубликован в интернет-журнале «Власть». Автор материала — PhD-молекулярный биолог и вирусолог, научный популяризатор Асель Мусабекова.
Редакция «Власти» уведомляет о том, что автором статьи движет только научный интерес и это беспристрастный взгляд на несколько главных мировых разработок.
На прошлой неделе Владимир Путин заявил о первой в мире зарегистрированной вакцине от COVID-19. На следующий день президент Казахстана Касым-Жомарт Токаев поздравил с этим событием своего российского коллегу и объявил о начале переговоров по закупу российской вакцины.
Президент Кыргызстана Сооронбай Жээнбеков тоже не остался в стороне и поздравил российских исследователей. Он признался, что ждал эту новость и выразил надежду на «эффективную борьбу с коронавирусом».
Сообщения о вакцине, начиная с её названия — «Спутник V», довольно политизированы. Меня, как ученого, беспокоит, что в этой технологической гонке голос ученых практически не слышен. Поэтому я и мои коллеги-биологи подготовили для вас материал о научном взгляде на вакцины от COVID-19: о разных типах вакцин, об основных на сегодняшний день кандидатах и об этапах клинических исследований.
Итак, по версии Всемирной Организации Здравоохранения на 13 августа 2020 года 29 кандидатов на вакцину проходят клинические испытания и 138 находятся на стадии доклинических исследований — исследования ведутся на клетках и лабораторных животных. Две вакцины были зарегистрированы: китайская CanSinoVac, которая была одобрена еще 25 июня для ограниченного использования в течение одного года для китайских военнослужащих, и знакомая нам российская вакцина Гам-КОВИД-Вак (или «Спутник V»), разработанная Национальным исследовательским центром эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи.
Обе эти вакцины, наряду с разработкой университета Оксфорда (совместно с шведско-британской компанией AstroZeneca), являются так называемыми векторными вакцинами. Чтобы понять их принцип работы, давайте сначала разберемся, какие бывают вакцины:
1. Живые аттенуированные (или ослабленные): вирус выращивается в клетках в лаборатории, через множество поколений путем накопления мутаций, он ослабевает и используется в качестве вакцины. Несмотря на то, что несколько исследовательских групп проводят доклинические исследования живой вакцины от COVID-19, надежды на этот тип вакцины небольшие, поскольку процесс ослабления вируса долгий, метод не позволяет одновременное производство большого количества вакцины, и всегда присутствует (хоть и небольшой) риск заражения от вакцинного вируса.
2. Инактивированные (или убитые) — вирус обработан термически или химическим агентом (например, формальдегидом), и таким образом, он «убит», то есть не вирулентен. Среди кандидатов, находящихся на III стадии клинических исследований, есть три инактивированные вакцины: все они разработаны в Китае (Уханьский институт биопродуктов, Пекинский институт биопродуктов и компания SinoVac).
3. Субъединичные (в том числе рекомбинантные) — вакцины, состоящие из части вируса, в большинстве случаев — белка на поверхности вируса. Рекомбинантные вакцины из очищенного компонента вируса являются одними из самых безопасных с точки зрения побочных действий. Одним из примеров такого кандидата-вакцины от COVID-19 является разработка австралийской компании Vaхine, которая сотрудничает с казахстанскими учеными, об этом мы подробнее расскажем ниже.
4. Векторные — вакцины на основе вектора — другого вируса (например, аденовируса — возбудителя обычной простуды), который был модифицирован так, что он может проникнуть в клетку, но не может размножаться. Этот вектор — своего рода каркас, в который вставляется генетический код (рецепт) для производства белка нашего вируса, от которого мы хотим защититься.
5. РНК-вакцины — относительно новый тип вакцин. На данный момент зарегистрированных РНК-вакцин от каких-либо инфекций не существует. Эпидемия COVID-19 дала огромный толчок развитию РНК-вакцин. Их мы обсудим подробнее, на примере двух разработок — Moderna и Biontech.
Существуют и другие типы, но в рамках вакцины от COVID-19 мы на этом остановимся.
Как проверяются вакцины? Существует несколько этапов испытаний.
Доклинические исследования: исследования на клетках и лабораторных животных, которые доказывают предварительную безопасность и эффективность вакцины.
Клинические исследования:
I фаза — БЕЗОПАСНОСТЬ. Вакцина вводится небольшому количеству людей — до 100 человек для проверки безопасности и определения дозировки. Также можно сделать предварительные выводы об иммуногенности вакцины.
II фаза — РАСШИРЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ. Вакцина вводится сотням людей, включая таргет группы (например, дети и пожилые). В итоге мы получаем более детальные сведения о безопасности, частично об эффективности вакцины для разных групп населения.
III фаза — ЭФФЕКТИВНОСТЬ. В третьей фазе участвуют несколько тысяч добровольцев из разных групп населения, действие вакцины сравнивается с плацебо. Такие обширные исследования позволяют проверить шанс возникновения более редких побочных действий. На основании третьей фазы мы можем сделать вывод, безопасна ли вакцина и защищает ли она на самом деле от инфекции.
Затем идет процесс официальной регистрации, с момента которой вакцина переходит в IV фазу исследований — мониторинг эффективности и побочных действий после утверждения. Важно уточнить, что мировое сообщество приняло решение о том, что во время пандемии возможен ускоренный процесс тестирования и регистрации, к примеру, многие исследовательские группы комбинируют I и II фазы. В процессе регистрации тоже возможны упрощения. Но здесь крайне важно не идти на поводу политической повестки и установить четкие границы научной этики.
Допуск к массовому использованию вакцины, которая недостаточно хорошо проверена на безопасность — во-первых, неэтичен, и во-вторых, подрывает доверие к вакцинации вообще, что на самом деле очень опасно, особенно в Казахстане.
Что нужно учитывать при разработке вакцины против SARS-CoV-2?
Вирус — это генетическая информация в упаковке из белка и (иногда) липидов. В случае с коронавирусами, генетическая информация представлена одноцепочной РНК, а упаковка отличается присутствием так называемых белков-шипов, из-за формы которых мы и получили название вируса.
С 4 штаммами коронавируса мы знакомы: это частая причина ОРВИ в простудный сезон. Также коронавирусы были причиной атипичной пневмонии в 2002-2003 годах, и ближневосточного респираторного синдрома MERS 2012-2013. Отличие SARS-CoV-2, вируса, который вызвал эпидемию COVID-19, состоит в том, что он отлично адаптировался для заражения не только клеток легких, но и многих других органов и тканей.
Как это происходит? Белки-шипы эффективно присоединяются к человеческому рецептору АСЕ2, который находится на поверхности многих типов клеток. «Обновленная» версия коронавируса справляется с этой задачей примерно в 1000 раз лучше, чем вирус атипичной пневмонии.
Важно отметить, что вакцина против атипичной пневмонии до сих пор не была создана. Одна из причин — хитрая адаптация некоторых групп вирусов и/или системная ошибка нашего организма: весьма загадочное явление под названием антитело-зависимое усиление.
Мы знаем, что в идеале антитела, которые созданы нашей иммунной системой в ответ на сам вирус или в результате вакцинации, должны защищать нас от инфекции. Золотой стандарт — это так называемые нейтрализующие антитела — то, что мы в идеале хотим получить в результате вакцинации. Такие антитела свяжутся с белками на поверхности вируса и будут препятствовать его проникновению в клетку. Бывают также антитела, которые только частично связываются с вирусом, и вместо прямой защиты запускают другие процессы иммунной системы, которые уже косвенно борются с вирусом.
Но в случае некоторых вирусов, к которым относятся и коронавирусы, вирус, наоборот, использует такие антитела, чтобы более успешно заселить клетки. Это значит, что вакцина некоторых больных, возможно, не только не защитит, но и поможет вирусу инфицировать больше клеток!
Этот феномен помешал созданию вакцины и против других групп вирусов, например вируса RSV, возбудителя бронхиолита у грудничков.
В случае с вирусом атипичной пневмонии, эксперименты на мышах показали, что у некоторых мышей (в особенности пожилых), после вакцинации заражение вирусом привело к более тяжелым последствиям и серьёзным нарушениям легких. Уже появились некоторые данные, которые позволяют нам предположить, что именно антитело-зависимое усиление может являться причиной огромного количества осложнений SARS-CoV-2, ввиду гипервоспаления.
Мы приходим к выводу, что феномен антитело-зависимого усиления — это один из факторов, который должен был учтен при проверке безопасности вакцины.
Второй важный фактор, о котором обязаны отчитаться разработчики вакцин — измерение иммунного ответа на вакцину. Мы в точности не знаем механизм эффективного иммунного ответа против коронавируса, но уже сейчас становится понятно, что помогают нам не только антитела, но и так называемый Т-клеточный иммунитет. И если антитела связывают сам вирус и не пускают его в клетку, то Т-клеточный иммунитет нападает на зараженные вирусом клетки. Поэтому мы можем говорить об эффективной вакцине от COVID-19, если в идеале она не только повышает титр антител, но и ведет к появлению специфических Т-клеток. Измерить количество таких клеток можно, так как на их поверхности есть определенные рецепторы — датчики.
К сожалению, из обзора СМИ за прошлую неделю, становится ясно, что многие политики, и в том числе главы государств, путают титр антител и измерение Т-клеточного иммунитета, что само по себе не страшно, но возможно, что публично высказываться на такие темы все-таки должны специалисты или люди, прошедшие ликбез.
И третье уточнение — желательно, чтобы вакцина была перекрестной, то есть защищала от предположительных мутаций и от других похожих штаммов коронавируса.
Теперь, после введения в базовые понятия, мы можем приступать к обсуждению самых главных кандидатов на вакцину от COVID-19.
Российская вакцина Гам-КОВИД-Вак, известная западным СМИ как «Спутник V» —векторная вакцина, которая будет ставиться в два укола. Принцип вакцины такой: в качестве каркаса используется человеческий аденовирус (возбудитель обычной простуды), в который вставлен «рецепт» шиповидного белка SARS-coV-2. Первый укол — вакцина на основе аденовируса 26-го серотипа, второй — на основе аденовируса 5-го серотипа. Аденовирус выступает в роли доставщика генетического материала. Кроме того, он был изменен так, что не может размножаться, но может разово проникать в клетку и производить вирусный белок. В чем проблема с векторными вакцинами?
Во-первых, аденовирусы — возбудители простуды, а значит, у нас у всех, скорее всего, присутствует иммунитет против какого-то из аденовирусов. Серотипы, которые используются в данном случае, являются достаточно редкими, что, возможно, поможет справиться с этой проблемой. Вакцина ставится в два этапа для того, чтобы усилить иммунный ответ.
Что мы знаем на данный момент о Гам-КОВИД-Вак? На самом деле, совсем немного. Опубликованы некоторые результаты первой фазы исследований, в которых участвовали 38 человек, из них только 20 была введена вакцина в два этапа (как сейчас указано в инструкции).
Исходя из такого маленького количества участников, невозможно делать абсолютно никакие выводы о безопасности и эффективности вакцины. Для научного сообщества это скорее один из кандидатов, но пока не вакцина, так как III фаза испытаний только началась, и будет продолжаться до января. Вакцина пока не показана для использования на детях и пожилых людях, так как эти группы населения еще не были протестированы. Деталей протокола третьей фазы тоже невозможно найти. Судя по всему, исходя из объявлений, пока исследования планируются только в Москве. Инструкция к препарату уже доступна, в ней указаны стандартные противопоказания и возможные побочные эффекты.
Наиболее похожий кандидат, который достаточно близок к завершению исследований — разработка Оксфордского университета совместно с компанией AstroZeneca. Главное отличие этой вакцины от российской, это тот самый вектор — в данном случае тоже используется аденовирус, но тот, что обычно заражает шимпанзе, а не человека. Это позволяет частично избежать проблему наличия иммунитета на вакцину.
Такой «каркас» для вакцины уже использовался Оксфордской группой для создания вакцины против Эболы и MERS. 20 июля были опубликованы результаты объединенной I/II фазы исследований, основной целью которых была проверка на безопасность и частично на эффективность вакцины. Испытания прошли в нескольких городах Великобритании на 1077 людях. Предварительно было показано, что вакцина приводит к появлению специфических антител и Т-клеточного иммунитета. Сейчас началась III фаза исследований в Бразилии и ЮАР, цель которой — расширенная проверка на безопасность и эффективность, количество участников на данный момент — 8000 человек. Кроме того, Оксфордская вакцина — одна инъекция без второго этапа, что также является большим преимуществом в плане организации вакцинации. Другое дело, будет ли она эффективна — на этот вопрос мы сможем ответить после окончания III фазы испытаний.
Самые инновационные из кандидатов, пожалуй, касаются разработки РНК-вакцины. Я попросила своих коллег-ученых рассказать подробнее об их фаворитах в технологической гонке.
Юрий Ким, PhD докторант Университета Джорджа Мэйсона (США), вирусолог:
— Корпорация Moderna недавно запустила III фазу клинических испытаний. В ней будут участвовать 30 000 добровольцев — 15 000 получат плацебо (пустышку), 15 000 — кандидата на вакцину. Это так называемое двойное слепое исследование, то есть ни испытуемый, ни исследователь не знают в процессе исследования, что получает тот или иной человек. Особенность этого клинического испытания состоит в том, что это РНК вакцина, эта технология сейчас в тренде.
Что такое РНК? Если вспомнить механизм передачи информации в клетках, наша генетическая информация, которая хранится в ДНК, переходит в РНК путем транскрипции, а затем РНК садится на рибосому и начинается синтез белков. Вакцина от Moderna — это РНК, кодирующая стабилизированный вариант шиповидного белка коронавируса SARS-CoV-2. Здесь используются самые последние технологии. В самом составе РНК урацилы заменены на псевдо-урацилы, это позволяет фрагменту РНК проникать в клетку, но при этом не инициировать иммунный ответ на РНК. Таким образом, уменьшается вероятность побочных действий, а иммунитет формируется только в ответ на сам белок.
Одно из преимуществ РНК-вакцины — то, что есть возможность очень быстро ее произвести. Компания Moderna начала разработку вакцины сразу после публикации генома китайскими учеными в январе. Через 45 дней у них уже были готовы первые прототипы. Это стало возможным из-за самого процесса производства — по сути в основе химический синтез. Сначала создается ДНК, потом с помощью метода обратной транскрипции синтезируется РНК, она затем модифицируется и пакуется в липидные наночастицы. Эти наночастицы дополнительно модифицируются для того, чтобы они были поглощены определенными видами клеток. Клетки, в которые попали эти наночастицы, начинают производить вирусный белок-шип. Белок подхватывается клетками, которые презентуют его иммунной системе, а дальше механизм схож с обычными вакцинами.
Преимущества: быстрое производство, которое можно масштабировать. Нет нужды выращивать вирусы в огромных количествах, не нужна лаборатория повышенной биобезопасности, по сути это лего из биологических ингредиентов — современные технологии позволяют значительно ускорить производство без компромисса с безопасностью. Также разработчики учли так называемое «антитело-зависимое усиление», когда после вакцины вырабатываются антитела не самого лучшего качества, которые только помогают вирусу. А именно, они заменили несколько аминокислот в белке-шипе и стабилизировали его таким образом, чтобы он вызывал нужный иммунный ответ, то есть производил нейтрализующие антитела.
Я в свою очередь тоже пытался записаться на данные клинические испытания, подал заявку, но, к сожалению, ее отклонили.
Очень много желающих пройти испытания, видимо, я не являюсь приоритетным по некоторым параметрам, так как для III фазы им нужны были люди, для которых вирус представляет бОльшую опасность.
Мухтар Садыков, доктор медицины (Назарбаев Университет), PhD докторант университета KAUST (Саудовская Аравия), молекулярный биолог:
— Я бы хотел добавить, что по всей вероятности пандемия COVID-19 подарит человечеству первую выпущенную РНК вакцину, так как до этого они были исследованы только в лаборатории. И это очень круто, так как на самом деле у такого рода вакцин очень много преимуществ. И это не только, как уже упомянул Юрий, из-за относительной дешевизны и легкости производства больших партий. К тому же, процесс производства РНК вакцин не использует клетки животных, бактерии или дрожжи, следовательно, в итоге мы получаем продукт высокой чистоты. Еще одно явное преимущество — для таких вакцин не требуется добавление адъюванта — вещества, которое повышает иммуногенность, которое обычно необходимо добавлять в инактивированные и живые вакцины.
Aсель Mусабекова: На какого кандидата ты возлагаешь надежды?
Мухтар Садыков: Я бы хотел рассказать о главном конкуренте Модерны — кандидате немецкой компании Biontech в партнерстве с Pfizer. Аналогично, используется последовательность РНК, кодирующая белок-шип, а точнее его часть. Вообще в процессе создания вакцины Biontech подкупает открытость процесса. Достаточно много информации о том, как проходят исследования.
Главное отличие от Модерны — возможность использования малого количества РНК для одной дозы вакцины. Компания Biontech ставит целью обеспечить 1 млрд доз вакцин достаточно быстро. Этот аспект очень важен, так на данный момент у развивающихся стран нет как такового выбора вакцины — страны встают очередь и «занимают» количество доз заранее. Аналогично Модерне, проект развивался очень быстро, начиная с публикации первого генома вируса в январе и до обширных исследований на более 20 000 человек, которые начались 27 июля.
Мы ясно видим и самих разработчиков — это известные, активно публикующиеся ученые. Мне нравится детальное описание измерения самых разных параметров иммунной системы у испытуемых, включая цитокины (врожденный иммунитет) и Т-клеточный иммунитет. По результату I/II фазы у вакцины достаточно хороший профиль безопасности. Самая главная особенность вакцины Biontech — яркий пример создания вакцины новой формации — максимальная открытость и технологичность.
Что касается сложности иммунного ответа против COVID-19, недавно вышли две статьи в самых цитируемых журналах Nature и Science, что у людей, которые раньше болели коронавирусами (4 штамма коронавируса — возбудители ОРВИ в простудный сезон), были обнаружены Т-клетки памяти. В этих статьях ученые определили конкретные пептиды (цепочки) белка-шипа и других вирусных белков, которые привели к формированию долгосрочного Т-клеточного иммунитета. Остается только ждать результатов подобных исследований, нo более продолжительных по времени, чтобы понять, насколько долгосрочен этот иммунный ответ, и использовать эти знания в разработке вакцин».
Как участвуют в разработке вакцины от COVID-19 вакцинологи Казахстана?
Профессор Кайсар Табынов, директор Международного центра вакцинологии КазНАУ, стал первым испытуемым в Казахстане. Речь идет о субъединичной вакцине под торговым названием COVAX-19 производства Vaxine Pty Ltd (Аделаида, Австралия). Вакцина успешно прошла I фазу испытаний, и сейчас ведутся переговоры по проведению расширенных исследований. Согласившись на клиническое испытание, ученый не только хочет защитить себя от болезни, но и привлечь внимание Министерства задравоохранения Казахстана к возможности сотрудничества с австралийской компанией. По его словам, чиновники заняты переговорами с китайской компанией SinoVac по обеспечению казахстанцев китайской инактивированной вакциной. Будем надеяться, что усилия Международного центра вакцинологии будут оправданы и их исследования приведут к развитию базы для проведения клинических исследований в нашей стране.
Еще одна организация из Казахстана, которая участвует в разработке вакцин от COVID-19 — Научно-исследовательский институт проблем биологической безопасности Комитета науки МОН Казахстана. Она указана как разработчик на стадии доклинических исследований и в документе ВОЗ. Сообщения об их разработках, которые я нашла в СМИ, меня лично скорее обескуражили. Заявления типа «вакцина абсолютно безвредная», «…я думаю, министерство здравоохранения даст добро для массового применения», вводят в заблуждение и изначально ошибочны, так как вакцина прошла только стадию испытаний на животных. Кроме того, институт занимается разработкой 5 видов вакцин одновременно. Зачем? Абсолютно непонятно и необоснованно. Но это позволяет ученым говорить о том, что «ни одно предприятие в мире не изготавливает столько вакцин в одном месте». Иными словами, коммуникация о вакцинации — это проблема во всем мире, и наша страна не исключение. Неудивительно, что, к сожалению, повсюду наблюдается рост антипрививочного движения.
Подытожим: вакцины, которая была бы готова для массового пользования, до сих пор нет. Возможно, первые такие вакцины будут готовы в 2021 году после окончания III фазы клинических испытаний. Базовые знания об иммунологии, и, в частности, о вакцинах должны стать основой для «новой нормальности» в эпоху эпидемий. Для этого просто жизненно необходимо наладить эффективную коммуникацию между населением, госструктурами, фармкомпаниями, врачами и учеными, где решающее слово должно быть подкреплено научной доказательной базой.
Проекты по разработке вакцины от COVID-19 уже меняют тренды в науке — в моде открытость, мобильность, гибкость и высокие технологии. Самые яркие претенденты вовсе не БигФарма, а активные компании нового формата. На их фоне неповоротливость и скрытность некоторых постсоветских институтов еще больше видна.
Мы искренне надеемся на здравое принятие решений по обеспечению казахстанцев вакциной от COVID-19. То, как себя в данном случае покажет госаппарат, будет стратегически важно для развития научного сообщества нашей страны.
