67 гостей
Щеплення або смерть | Журнал Популярна Механіка
Створення ефективної вакцини проти ВІЛ зайняло майже 40 років, але скоро вчені приступлять до випробувань препарату на людях.
Сексуальна революція почалася десь в середині 1960-х, але кінець цієї епохи можна датувати досить точно. 1981 рік: дивна мода, бойовики «категорії Б», пластикова біжутерія, музика диско - і вихід чергового «Щотижневого звіту про захворюваності та смертності», який регулярно видають американські Центри з контролю і профілактиці захворювань (CDC).
У збірнику були описані п'ять схожих клінічних випадків: молоді чоловіки, активні гомосексуали, госпіталізовані з вкрай рідкісним для США діагнозом «пневмоцистна пневмонія». Надалі схожі симптоми виявили і у пацієнтів з інших груп - споживачів наркотиків, людей з гемофілією А, мігрантів та біженців c Гаїті. Пневмоцистна пневмонія викликається паразитичним грибком і розвивається лише у людей з різко ослабленим імунітетом, тому нову загрозу стали називати СНІДом - синдром набутого імунодефіциту.
Кілька років причина раптової деградації імунної системи залишалася повною загадкою. СНІД пов'язували з практикою анального сексу, вважали побічним ефектом прийому наркотиків, проте в 1983 році дослідники з французького Інституту Пастера і - незалежно від них - вчені з Національного інституту раку в США виявили вірусну природу смертельної хвороби. Почалася довга історія вивчення ВІЛ і пошуку засобів боротьби з ним.
СНІД
Вірус імунодефіциту людини
ВІЛ-1
ВІЛ-1, група М
ВІЛ-2
Епідемічне захворювання, що вражає імунну систему. Організм стає беззахисним перед збудниками, які зазвичай не викликають хвороби.
Передається при пересадці органів і тканин, статевих контактах, через нестерильні медичні інструменти і від матері до дитини.
Найпоширеніший вид. Є нащадком вірусу імунодефіциту мавп, передає нам від шимпанзе. Він перетинав міжвидовий бар'єр тричі, давши початок групам ВІЛ-1 - М, N і О.
Відповідальний за більш ніж 90% випадків інфекції в світі. Найпоширеніший в Росії - ВІЛ групи М підтипу А, який потрапив до нас із Західної Африки.
Менш небезпечний вид вірусу: з восьми груп штамів ВІЛ-2 небезпечні тільки дві. Вважається, що вони були передані нам від мавп мангабеїв незалежно від ВІЛ-1.
вірус
Будь-вірус є внутрішньоклітинним паразитом: він живе і розмножується виключно в клітинах живих організмів. Поза їх він може лише зберігатися у вигляді компактної, добре захищеною частки-віріона. Завдання віріона - доставити генетичний матеріал (будь то РНК або ДНК) до клітини-хазяїна, прикріпитися до її оболонці і впровадитися всередину. Як правило, потім вірус активно втручається в роботу клітини, змушуючи її виробляти необхідні саме йому білки і копіювати його генетичний матеріал, а потім остаточно руйнує її, випускаючи на волю міріади нових віріонів.
ВІЛ відноситься до сімейства ретровірусів. Його геном (у вигляді одноланцюгових молекул РНК) містить всього дев'ять генів і ув'язнений в двошаровий захисний капсид з білків Р6 / р7 і р17. Крім РНК, тут зберігаються і кілька вкрай важливих для вірусу ферментів, про які ми ще поговоримо. Зовні цей капсид оточений, немов клітина, мембраною - двошаровою оболонкою фосфоліпідів. Зверху вона утикана схожими на гриби білковими комплексами Env: їх глибоко втоплені в мембрані «ніжки» сформовані з декількох білків gp41, а над поверхнею виставлені лише «капелюшки», утворені трьома білками gp120. Немов ключ в замок, ці капелюшки входять до центрів рецепторів CD4 і CCR5 на поверхні лімфоцитів: вирион закріплюється, а потім впроваджує всередину свій геном і ферменти.
Сферичні віріони ВІЛ в десятки разів дрібніше еритроцитів - 100-180 нм в діаметрі
Наш власний геном складається з ДНК: білкова машинерія клітини синтезує на її основі РНК - цей процес називається транскрипцією - і лише потім отримана РНК використовується рибосомами для виробництва білків. ВІЛ необхідно вбудуватися в цю схему, і один зі збережених в його капсиді ферментів, ревертаза, виробляє зворотний транскрипцію, перетворюючи вірусну РНК в ДНК, а ще один - інтеграли - вбудовує її в геном клітини.
Вірусні гени можуть непомітно зберігатися тут досить довгий час, подвоюючи разом з хазяйської ДНК, потроху транскрібіруясь і синтезуючи білки для побудови нових віріонів. На відміну від інших вірусів, начебто грипу, ретровіруси вкрай повільні, і наслідки зараження можуть виявитися через багато років. Але якщо вже вірус інтегрувався в геном клітини, то видалити його звідти практично нереально (це вдавалося лише пару раз за допомогою складних лабораторних експериментів з використанням ГМ-технології CRISPR). Вважається, що до 8% нашого геному зараз складають залишки древніх ретровірусів, багато з яких могли зіграти позитивну роль в еволюції нашого виду. Але ВІЛ не з таких.
Ферменти слини і шлунковий сік руйнують віріони ВІЛ, тому перорально інфекція не передається. Виняток становлять немовлята перших місяців життя: потрібні травні ферменти у них ще не виробляються, і вони можуть заразитися через молоко.
мішені
Розуміючи молекулярну будову ВІЛ і механізми зараження, можна переходити до створення вакцини, яка «навчить» імунітет розпізнавати і нейтралізувати загрозу. Тим більше що вже до середини 1980-х з'явився успішний досвід створення антиретровірусних вакцин, включаючи препарат проти вірусу лейкозу котячих. Захист від ВІЛ може забезпечити як профілактичне щеплення, яка готує організм до першої зустрічі зі збудником, так і терапевтична вакцина, яка стимулює імунну відповідь у вже людини, що заразилася. З 1984-го і по цю пору розробки йдуть в обох напрямках.
Завдання будь-якої вакцини - змусити імунну систему активно виробляти велику кількість антитіл, здатних розпізнати поверхневі білки віріона і зв'язатися з ними. Конкретна точка впізнавання і закріплення називається епітопом, і на оболонці ВІЛ такими природними мішенями є білкові «гриби» Env або окремі їх компоненти. Заблоковані антитілами, вони вже не зможуть причепитися до лімфоцитів і впровадити в них свої ферменти і РНК.
Проблема в тому, що ВІЛ відрізняється надзвичайною мінливістю. Наприклад, найпоширеніший його вигляд, ВІЛ-1, налічує більше 200 штамів. До того ж вірус здатний маскувати білки Env найтоншим «камуфляжем» із залишків цукрів. Тому імунітет доведеться тренувати на розпізнавання максимальної кількості його різновидів. Така вакцина може здорово допомогти і при терапії антиретровірусними препаратами. Вони пригнічують зворотну транскрипцію вірусної РНК і інтеграцію його генома в клітинний, однак здатність ВІЛ швидко мутувати часто ускладнює дію і цих ліків.
стратегії
Існує як мінімум сім основних підходів до створення вакцини від ВІЛ. Перший варіант - натуральні пептидні вакцини. Вчені як би «відколюють» фрагменти вірусного білка (наприклад, компонент gp120) для введення в організм. Їм навіть не доводиться робити це спеціально, так як відділення комплексу Env від оболонки вірусу автоматично призводить до його руйнування. Самі по собі такі пептиди нешкідливі, але теоретично здатні викликати потрібний імунну відповідь. На жаль, він виявляється занадто слабким, щоб запобігти зараженню.
Друга альтернатива - взяти елементи генома ВІЛ, перетворити їх в ДНК і внести в організм у складі кільцевих ланцюжків-плазмід. Попередні експерименти з такого роду вакцинами дали досить обнадійливі результати, але і тут вчені продовжують пошук фрагментів, що викликають максимальну імунну реакцію.
Інші підходи до створення вакцини складаються у використанні ослаблених або повністю деактивувати вірусних частинок. Наприклад, окремі фрагменти геному ВІЛ можна вбудувати в інший, безпечний для людини вірус або ж «випатрати» вирион самого ВІЛ, видаливши з нього окремі білки, ферменти інтеграли і ревертазу або взагалі всю РНК. В теорії такий вірус вже не здатний завдати шкоди, але продовжує викликати потрібний імунну відповідь. Ці підходи добре зарекомендували себе в боротьбі з іншими захворюваннями, але у випадку з ВІЛ виявилися занадто небезпечні або неефективні. Піддослідні тварини і добровольці-люди не формували імунітету, а то і зовсім заражалися ВІЛ-інфекцією через самої вакцини.
В результаті найперспективнішими вакцинами виявилися синтетичні короткі пептиди і рекомбінантні білки, сконструйовані за допомогою генної інженерії. Перші імітують окремі вразливі місця - епітопи - поверхневих білків ВІЛ. А другі - це химерні молекули, що з'єднують в собі окремі фрагменти двох і більше вірусних білків. Саме ці підходи дали в останні роки досить багатообіцяючі результати.
Пацієнти зі стійкістю до ВІЛ можуть бути заражені, але при цьому не розвивається СНІД і зберігається нормальне число імунних клітин.
вакцини
Першим великим проривом стало створення штучного білка Env. Робота над ним розтягнулася на два десятка років: його гени були виділені з одного штаму ВІЛ ще в 1998 році. Однак синтезовані на їх основі комплекси Env тут же розпадалися на частини, і тільки генетична модифікація дозволила отримати стійкий варіант. Але виникла нова проблема: просторова структура такого білка сильно відрізнялася від оригінального і не викликала імунної відповіді.
Багато років методом проб і помилок вчені підбирали такий склад синтетичного білка, який був би одночасно і стабільним, і максимально близьким до натурального Env. Нарешті рішення було знайдено - штучний білок, який отримав назву SOSIP, виявився ефективним стимулятором для вироблення антитіл проти «материнського» штаму ВІЛ. Поступово були створені SOSIP-аналоги для поверхневих білків Env більш ніж 100 штамів вірусу - але жоден з них не був універсальним.
Створення зброї масового ураження, здатного змусити організм боротися з більшістю різновидів вірусу, стало наступним завданням. Для цього був потрібний такий штучний варіант SOSIP, в якому б поєднувалися епітопи, характерні для різних штамів ВІЛ. У 2013 році вдалося синтезувати досить багатообіцяючий варіант (BG505 SOSIP.664): у піддослідних тварин він стимулював вироблення антитіл, а їх внесення в культуру клітин людини запобігло зараження ВІЛ.
У Росії і на Україні поширена мутація білка CCR5-Δ32, яка не дає вірусу проникнути в клітину.
BG505 SOSIP.664 став прототипом вакцини першого покоління, але все ж його було недостатньо. Ефективний препарат повинен бути набагато більш універсальним і максимально стимулювати вироблення антитіл. Це особливо важлива вимога: віріони ВІЛ нездатні цілеспрямовано шукати лімфоцити, вони просто пливуть з плином крові і лімфи, «обмацуючи» попалися на шляху клітини, причому не довше восьми годин - потім віріон в організмі розпадається. Тому вирішальним фактором стає вірусне навантаження: чим більше віріонів в крові, тим вище ймовірність ураження лімфоцитів. Чим більше їх ми швидко дезактивуємо антитілами, тим надійніше запобіжимо зараження.
синтез
Як завжди, рішення проблеми прийшло звідки не чекали. У 2016 році вдалося виявити вразливість в білках gp41, з яких складена «ніжка» Env. Для проникнення вірусу в клітину важливий короткий пептидний фрагмент N123-VRC34.01, який при атаці змінює свою просторову структуру з «похідної» (префузіонная конформація) на «бойову» (постфузіонная конформація). Раніше вважалося, що префузіонний пептид не розпізнає антитілами, однак такі молекули були знайдені, і влітку 2018 року дослідники запропонували комплексну вакцину. До складу її входило вже знайомий нам синтетичний BG505 SOSIP.664, гібридний пептид N123-VRC34.01, з'єднаний з білком гемоцианин (аналогом гемоглобіну у молюсків) для посилення імунної відповіді.
Такий потрійний удар дозволив нейтралізувати майже третина з 208 відомих на поточний момент штамів ВІЛ-1. Вакцина показала себе однаково результативною як для лабораторних мишей, так і для більш великих ссавців - морських свинок і макак-резусів. Найближчий рік вчені планують витратити на подальше поліпшення профілактичних властивостей вакцини, а з другої половини 2019 року розпочати пілотні клінічні дослідження на людях.
0,1-0,3% російського населення успадковують мутантний білок від обох своїх батьків і стають майже несприйнятливі до ВІЛ.
Суспільство
Забавно, що на початку 1980-х медики вважали, що вакцина від ВІЛ буде створена протягом двох років. Як завжди, люди виявилися надто самовпевнені. Якщо навіть остання розробка добре зарекомендує себе в клінічних дослідженнях, то масової вакцинації навряд чи варто очікувати раніше початку 2020-х років. А це означає, що людська боротьба з ВІЛ триватиме вже 40 років. І поки наша раса програє в ній вірусів. ВІЛ продовжує вражати населення найбідніших регіонів Землі. СНІД сьогодні - хвороба третього світу. У країнах «золотого мільярда» кількість ВІЛ-інфікованих неухильно знижується, а тривалість їхнього життя може досягати 80 років (набагато більше, ніж середня по Росії). В Африці, Азії і нашій країні ситуація рівно зворотна. Тому створення ефективної вакцини стане жестом доброї волі і зможе хоча б частково зрівняти шанси жителів Руанди і США.
Стаття «Щеплення або смерть» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2018 ).
