Сезон гриппа – самое подходящее время поговорить о вакцинах. И не только противогриппозных: разработаны и проходят клинические испытания десятки вакцин против самых разных болезней – даже таких, как старческое слабоумие и никотиновая зависимость.

Министерство внутренней безопасности

Иммунная система – это армия, постоянно воюющая против агрессоров, угрожающих постоянству внутренней среды организма и самому его существованию. Разведка и контрразведка этой армии выявляет и врагов, и предателей – собственные клетки организма, из-за случайных мутаций представляющие для него опасность. Отделы собственной безопасности следят за чистотой своих рядов и пресекают возникновение аутоиммунных реакций, при которых уничтожаются здоровые клетки. Иногда они с этим не справляются – аутоиммунную природу имеют многие распространенные заболевания, например, диабет I типа, при котором иммунная система атакует бета-клетки поджелудочной железы. Во внештатных – не предусмотренных эволюцией – ситуациях иммунитет начинает бороться с пересаженным органом или перелитой кровью неподходящей группы.

А одна из типичных штатных ситуаций – повторный переход границы группой диверсантов из однажды разгромленной банды. На этот случай в архивах иммунологической памяти хранятся данные обо всех встреченных врагах, и если организм, с бóльшими или меньшими потерями, победит инфекцию один раз, то чаще всего при повторном контакте с патогеном иммунитет успевает уничтожить его раньше, чем микробы или вирусы размножатся и вызовут болезнь.

Метод научного тыка

В конце XVIII века, когда Дженнер рискнул проверить свою (по тем временам – безумную) гипотезу и привил натуральную оспу мальчику, которого сам же предварительно заразил не опасной для жизни коровьей оспой, не было известно даже того, что причиной заразных заболеваний являются микроорганизмы. Почти через сто лет, когда Пастер разработал методику выработки искусственного иммунитета с помощью ослабленных возбудителей болезней (и назвал ее вакцинацией, почему-то в честь коровы – vacca, а не Дженнера), Мечников и Эрлих делали самые первые шаги в разработке теории иммунитета. А пастеровская вакцина от бешенства спасала людей от неминуемой смерти за десятки лет до открытия первого вируса.

И сейчас вакцинологи продолжают на шаг опережать иммунологов: как именно действуют разработанные против десятков болезней вакцины, до конца не известно. Но они работают – и каждый год спасают миллионы жизней.

Технологии двойного назначения

Вторую после Дженнера и первую научно обоснованную вакцину Пастер открыл случайно: культура возбудителей куриной холеры, простоявшая дольше положенного срока в термостате, перестала вызывать заболевание. По счастью, Пастер сумел понять, что произошло, когда тех же самых кур заразили вполне жизнеспособными микробами – и тоже безрезультатно. Этот метод применяется до сих пор: ослабленные неблагоприятными условиями или мутантные штаммы, потерявшие способность вызывать болезнь, составляют основу знакомых всем вакцин против гриппа, кори, свинки – и полиомиелита, туберкулеза, сибирской язвы, чумы и других особо опасных инфекций.

Штамм, потерявший заразность в результате мутации, может так же случайно восстановить свои вирулентные свойства. А ведь многие вакцины приходится делать из убитых, но вполне полноценных возбудителей – от того же гриппа, бешенства, брюшного и сыпного тифа, холеры и многого другого. И для лечения уже заболевших дифтерией, столбняком, ботулизмом, сыпным и брюшным тифом, гепатитом А и т.д. применяются анатоксины – обезвреженные микробные яды, или антитоксические сыворотки – выделенные из крови животных антитела к токсинам, а для этого тоже приходится иметь дело с опасными вирусами и бактериями.

Расщепленные и субъединичные вакцины, в отличие от живых и убитых, исключают даже теоретический риск заразить пациента, но для того, чтобы получить белки-антигены, тоже приходится выращивать вирусы гриппа (опять грипп!), холерных вибрионов или менингококков.

Во всем мире производство вакцин находится под присмотром военных. Во-первых, на случай маловероятной, но все-таки возможной бактериологической атаки потенциальным противником или террористами необходимо постоянно обновлять стратегические запасы вакцин против самых опасных болезней. Во-вторых, понятно, какие мысли вертятся в извилинах от генеральских фуражек, несмотря на все соглашения о запрещении разработки, изготовления, хранения и применения биологического оружия. И даже при отсутствии злого умысла на любом таком производстве теоретически может случиться катастрофа страшнее чернобыльской.

Образ врага

Иммунная система опознает противника по антигенам – белкам и другим сложным органическим молекулам, не характерным для собственных клеток организма. Полисахариды и другие полимеры, состоящие из повторяющихся участков, имеют одинаковое или схожее строение у тысяч видов микробов, с которыми организм уже встречался множество раз. Покрывающие стенки бактерий полисахариды и их комплексы с белками или жирами активируют общие механизмы иммунитета задолго до того, как специализированные клетки иммунной системы разберутся, что угрожает организму на этот раз, и накопят силы для целенаправленной борьбы именно с этим патогеном. Убитые бактерии, вызывающие особенно сильный неспецифический иммунный ответ, или отдельные фракции разрушенных бактерий часто используют в качестве адъювантов – добавок, усиливающих эффективность вакцин.

Молекулы со сложным строением, характерным для конкретного возбудителя, клетки иммунной системы опознают по эпитопам – специфическим для данной молекулы участкам. Чтобы опознать белок, антителам достаточно характерного по конфигурации участка из 8-15 аминокислот. На каждом белке могут располагаться десятки эпитопов, а клеточная оболочка бактерии состоит из сотен видов антигенов – веществ, вызывающих синтез антител. В вакцинах, полученных из целых микроорганизмов, содержится множество разных белков и полисахаридов, в том числе и такие, которые не вызывают формирования иммунитета к данному патогену. При разработке химических вакцин из клеток возбудителей выделяют необходимый и достаточный для выработки иммунного ответа набор антигенов. Следующий шаг в этом направлении – синтетические вакцины, имитирующие бактериальные или вирусные белки (реже – полисахариды). Правда, ни одна из разработанных синтетических вакцин еще не прошла все этапы испытаний.

А с появлением генной инженерии появилась еще одна возможность создавать вакцины без работы с патогенными микроорганизмами.

Микробы против микробов

Подобрать подходящий состав питательной среды для микроба, за миллионы лет приспособившегося жить в организме хозяина, очень сложно, а часто и невозможно. Для выращивания культур вирусов абсолютно необходимы живые клетки, желательно – его любимого или единственного хозяина. Это – одна из главных причин, снижающих эффективность вакцинации от гриппа: чтобы наработать количество доз, достаточное хотя бы для вакцинации детей, стариков и других групп риска, необходимо приступить к заражению оплодотворенных куриных яиц за полгода до эпидемии. А прогнозы штаммов следующего сезона, несмотря на все усилия ВОЗ, зависят от сроков так же, как метеорологические прогнозы: чем ближе, тем точнее. И если вы подцепите вирус не одного из трех штаммов, против которых прививают население планеты в этом году, а какого-нибудь четвертого, польза от вакцинации будет намного меньше.

Разработанная недавно методика выращивания вируса гриппа на культуре клеток, выделенных из собачьей почки – несомненный шаг вперед (другие вирусы растят на других клетках – например, из яичников японского хомячка). И аллергия на недоочищенные белки млекопитающих встречается реже, чем на яичный белок, и время наработки нужного количества вакцины при использовании клеточных культур уменьшается.

Но выращивать клетки млекопитающих намного дороже и сложнее, чем культуры широко применяемых в промышленности микроорганизмов. А если вставить гены наиболее характерных для какого-нибудь патогена белков в геном кишечной палочки или другого неприхотливого и хорошо изученного друга генетиков и микробиологов, можно решить сразу несколько проблем. Из-за нескольких чужих генов безвредный микроб ни при каких обстоятельствах не превратится в заразного, тем более что не обязательно внедрять в него ген полноценного белка – можно синтезировать «учебные модели», несущие отдельные эпитопы. Выход нужных белков из литра культуры при этом можно увеличить в разы, а то и в десятки раз. Соответственно, производство таких вакцин будет безопасным, а потребителю генноинженерные вакцины обойдутся дешевле.

Клин клином

Осенью 2006 британские исследователи из университета графства Уорик опубликовали результат своей более чем двадцатилетней работы: принципиально новый и очень перспективный способ защиты от вируса гриппа.

Эта прививка не стимулирует иммунный ответ: пациента заражают вирусом-защитником, у которого удалены 80% «текста» одного из восьми генов. Отредактированный вирус может проникать в клетки хозяина, но не способен размножаться в них до тех пор, пока не встретится с вирусом дикого типа. А встретившись, он начинает размножаться намного быстрее дикаря, но при этом не вызывает симптомов болезни. В результате инфекция протекает намного легче, а главное – медленнее, что дает организму время на развитие иммунного ответа против опасного штамма.

Главное преимущество такой прививки – ее универсальность. Природные штаммы вируса гриппа мутируют настолько быстро, что за ними не успевает никакая вакцинация, а вирус-защитник активизируется в присутствии любого гриппозного штамма, включая гипотетический гибрид птичьего и человеческого гриппа, пандемией которого нас пугают уже несколько лет. В-вторых, такую вакцинацию можно проводить задолго до начала эпидемии: защитный штамм сохраняется в организме не менее полугода, а срабатывает сразу же при попадании патогенного вируса в организм, а не через 2-3 недели, как иммунный ответ при обычной вакцинации. Вакцину не поздно принять и через сутки после начала болезни (обратите внимание – принять в виде капель в нос, и никаких уколов). А механизмы выработки устойчивости к такому методу борьбы у инфекционных штаммов отсутствуют.

Разработчики уже подали документы на оформление патента и планируют приступить к клиническим испытаниям и проверке метода на домашних птицах: чтобы защитить кур от птичьего гриппа, достаточно еще в инкубаторе напоить цыплят водой с добавкой защитного вируса.

Сам себе биореактор

О растениях, синтезирующих съедобные вакцины, и об антителах, которые производят генетически модифицированные коровы и куры, мы уже писали в статьях «Таблетки на грядке» и «Пейте, дети, молоко трансгенной коровы». Но в качестве биореактора можно (если очень осторожно) использовать и наш собственный организм!

ДНК-вакцина – это бактериальная плазмида с встроенными в нее генами, кодирующими один или несколько белков оболочки патогенного микроорганизма, чаще всего – вируса. При внутримышечном введении часть таких плазмид попадает в ядра клеток (не только миоцитов, но и находящихся в мышцах макрофагов и дендритных клеток, основная работа которых и состоит в обнаружении чужих белков и сообщении о таких находках Т-лимфоцитам) и сохраняется там 3-4 недели.

В отличие от вирусов, которые заставляют ферменты хозяина создавать свои копии, такая плазмида не способна размножаться. А вот синтез закодированных в ней белков возможен, и в ответ на их появление в организме вырабатывается такой же иммунитет, как при контакте с вирусом. Многокомпонентные ДНК-вакцины могут содержать не только гены нескольких белков одного или нескольких вирусов, но и гены, кодирующие биологически активные молекулы, которые стимулируют иммунные реакции.

Не только инфекции

Аллергия, включая бронхиальную астму, – это патологическая иммунная реакция на безвредные чужеродные белки. Почти 100 лет назад был разработан метод «пыльцевой вакцинации» – введения пациентам увеличивающихся доз экстрактов аллергенов. После открытия в 1950‑х годах антигистаминных препаратов этот сложный и небезопасный, хотя и довольно эффективный метод был почти забыт. А недавно исследователи из Калифорнийского университета разработали прототип универсальной противоаллергической вакцины. Это белок, представляющий собой комбинацию кошачьего аллергена Fel d1 и фрагмента молекулы иммуноглобулина G, подавляющего продукцию медиатора воспаления гистамина тучными клетками соединительной ткани животных и человека. Сейчас производство комбинированного протеина осваивает компания Biogen Idec (Кембридж, штат Массачусетс).

Болезнь Альцгеймера – самая частая причина старческого слабоумия. Работу нейронов при этом заболевании нарушают отложения белка бета-амилоида. Эффективных способов лечения этой болезни не существует, но во всем мире ведутся разработки вакцин, позволяющих предотвратить образование амилоидных бляшек и даже разрушить уже имеющиеся. Генетики Токийского университета встроили ген бета-амилоида в геном зеленого перца и кормили мышей с симптомами болезни Альцгеймера его листьями – раз в неделю в течение трех месяцев. Количество амилоидных бляшек в головном мозге хвостатых маразматиков сократилось наполовину.

Курение – болезнь не инфекционная, но и против никотина можно выработать антитела, которые свяжут никотин в крови и не дадут ему попасть в мозг. Эффективность антиникотиновой вакцины NicVax, разработанной в Университете Миннесота, превзошла все ожидания: после клинических испытаний 38% добровольцев из группы, которая получила максимальную дозу вакцины, бросили курить – хотя, соглашаясь поучаствовать в проверке безопасности очередного препарата, бросать курить они не собирались.

Рак шейки матки – одно из немногих онкологических заболеваний, в возникновении которых явную и заметную роль играют вирусы. Большинство типов вируса папилломы человека (human papillomavirus, HPV) вызывают безобидные бородавки на коже. Вирус передается половым путем, и хотя инфицирование часто проходит без последствий, 90% папиллом половых органов вызваны HPV типов 6 и 11. А главное – HPV типов 16 и 18 являются причиной 70% злокачественных опухолей шейки матки. Самое крупное достижение вакцинологов за последние 10 лет – вакцина Gardasil, которая на 100% защищает от этих четырех типов HPV. Американский штат Мичиган чуть ли не раньше, чем вакцина получила официальное одобрение, принял закон об обязательной вакцинации всех девочек в возрасте 11-12 лет (эта вакцина помогает только тем, кто еще не заразился папилломавирусом). А на пятки производителям Гардасила – компаниям Sanofi Pasteur и Merck – наступают конкуренты: GlaxoSmithKline вот-вот выпустит аналогичную вакцину под названием Cervarix.

Личное и общественное

В разговоре о вакцинах нельзя обойти вопрос о потенциальных опасностях и побочных эффектах вакцинации. Да, осложнения возможны – от слабенькой местной воспалительной реакции до анафилактического шока. Но при разработке вакцин требование №1 – безопасность, и по-настоящему серьезные последствия случаются исключительно редко. Те же самые осложнения у «отказников» возникают, в зависимости от болезни, в тысячи и даже десятки тысяч раз чаще. А ни один из слухов об очередной опасности очередной вакцины (во всяком случае, из входящих в национальные календари прививок) так и не подтвердился. У вакцин, предназначенных, например, для защиты личного состава в очаге применения бактериологического оружия, побочных эффектов может быть больше, но и от таких вакцин требуется вначале безопасность, и только потом – эффективность.

Реальные противопоказания к прививкам есть не более чем у одного человека из ста, да и эта цифра сильно завышена – врачи предпочитают перестраховаться, в том числе и из шкурных соображений: каждый случай тяжелых осложнений после прививок является поводом для детального разбирательства.

В России за 10 лет, с 1991 по 2000, зарегистрировано 850 случаев поствакцинальных осложнений. На самом деле таких случаев, разумеется, было больше – ну хорошо, пусть в действительности прививка от гриппа вызвала выраженную аллергическую реакцию не у официальных семи человек, а у четырнадцати. Или даже у семи тысяч. А сколько тысяч умерло бы от осложнений того же гриппа, если бы не прививки?

По данным Всемирной организации здравоохранения, вакцины ежегодно спасают жизни трех миллионов детей. Взрослых ВОЗ не сосчитала, но порядок величин примерно такой же. Примерно раз в 1-2 года в мире появляется вакцина против очередного заболевания (не считая новых вакцин против болезней, для которых уже существуют методы вакцинопрофилактики). Новые вакцины, которые будут разработаны в ближайшие 5-15 лет, предотвратят гибель еще восьми миллионов детей.

В среднем вакцинация обходится в 10 раз дешевле, чем лечение болезни – только по деньгам, не считая сохраненного здоровья. А главное – те, кто отказываются от рекомендованных Минздравом прививок, не только рискуют сами, но и являются потенциальным источником заразы для окружающих.

Вы сделали прививку против гриппа?

Александр Чубенко
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» www.cbio.ru/

Журнальный вариант статьи опубликован в «Популярной механике» № 2-2007