Перспективная вакцина против коронавируса — Университет Макгилла

Перспективная вакцина против коронавируса - Университет Макгилла

Возможно, вы помните, как в школе учились третьему закону Ньютона. Он утверждает, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Классическим примером может служить ракета, движущаяся вперед за счет выброса газов назад. В ироничной форме мы могли бы применить этот закон к пандемии COVID-19: вирус делает ход, мы делаем ответный ход. По мере того, как в вирусе возникают важные мутации, которые создают новый вариант, который превосходит другие, ученые начинают работать над новой вакциной, которая могла бы стать лучшим противодействием этому новому варианту. Действительно, прямо сейчас биотехнологи создают вакцину, адаптированную к Омикрону. Но когда он будет готов, не будет ли слишком поздно? Не нужна ли нам, скажем, специфическая для «Сигмы» вакцина?

Что, если бы мы сделали окончательный ход, против которого нет ответного хода?

Что, если мы создадим универсальную вакцину от коронавируса? «Одна вакцина, чтобы править всеми», как Научный американец положи это.

Он обеспечит защиту от любого варианта SARS-CoV-2 (вируса, ответственного за COVID-19), а также от вирусов, вызывающих SARS и MERS, и от коронавирусов, вызывающих простуду. И это будет действовать как страховка от любого будущего коронавируса летучих мышей, который попадет в людей. Этот гипотетический коронавирус, чреватый пандемией, быстро получит отпор со стороны нашей иммунной системы, обученной распознавать его «коронавирус».

Это несбыточная мечта? Может быть.

Трансгенные мыши и леденцы

Идея универсальной вакцины против респираторного вируса не нова. Это уже пробовали раньше, и хотя прямые сравнения чреваты трудностями, эти примеры разоблачают предстоящие проблемы.

Ученые пытались разработать универсальную вакцину от простуды, и это непросто. Существует более 200 различных вирусов, вызывающих у нас симптомы, которые мы стали называть «простудой», поэтому универсальная вакцина должна вызывать иммунитет против целого зверинца разнообразных вирусов, которые могут довольно легко мутировать. Вы можете не думать, что искоренение чего-то столь легкого, как обычная простуда, является стоящим делом, но простуда может усугубить хронические заболевания дыхательных путей, такие как астма и ХОБЛ, до такой степени, что потребуется госпитализация, не говоря уже об экономических затратах сотрудников, вызывающих больных. с насморком. В среднем взрослые заражаются от двух до пяти инфекций в год; для детей это число доходит до 10. Пригодилась бы универсальная противопростудная вакцина.

В конце 1960-х — начале 1970-х годов проводились клинические испытания вакцины против одного конкретного типа вируса простуды, но они не очень хорошо себя зарекомендовали. Впоследствии была протестирована вакцина, нацеленная на десять различных вирусов простуды, и результаты исследований этих вакцин практически прекратились более чем на 20 лет.

Серьезной проблемой было отсутствие модели маленького животного. Риновирусы представляют примерно 160 из 200 вирусов, вызывающих простуду у людей. Мыши не заражаются этими риновирусами, что создало проблему для конвейера тестирования вакцин. Наша возможная разработка трансгенных мышей решила эту проблему. Теперь ученые могут добавить ген в геном мыши: тот, который кодирует клеточный рецептор человека, который риновирусы используют для проникновения в наши клетки и вызывающих у нас заболевание. Это привело к возрождению интереса к вакцинам против простуды, и биотехнологические компании, такие как Pfizer и Moderna, прямо сейчас пытаются разработать универсальную вакцину против простуды.

Потом грипп.

Вакцины против гриппа появились почти столетие назад. Моновалентная вакцина предназначена для защиты от одного штамма микроба, такого как вирус. Первая моновалентная вакцина против гриппа была выпущена в 1934 году, за ней последовала бивалентная вакцина (два штамма), одобренная в США в 1945 году. Затем в 1977 году появилась первая трехвалентная вакцина против гриппа, а в 2013 году мы увидели первую четырехвалентную вакцину против гриппа. Четыре штамма гриппа, выбранные для ежегодной четырехвалентной вакцины, являются результатом международного наблюдения Всемирной организации здравоохранения с целью прогнозирования того, какие штаммы вируса могут вызвать наибольшие проблемы в предстоящем сезоне гриппа. Это обоснованное предположение и полученная в результате вакцина обычно хороши, но есть возможности для улучшения. Эффективность вакцины против гриппа определяется тем, какой процент случаев заболевания гриппом она предотвращает. Эффективность прививки от гриппа, по американским данным, колебалась от 10% (сезон 2004-2005 гг.) до 60% (сезон 2010-2011 гг.). Лучше, чем ничего, учитывая вред, который может нанести грипп, но, тем не менее, разочаровывает. Приветствуется эффективная универсальная прививка от гриппа.

Но как научить свою иммунную систему распознавать любую версию вируса гриппа, крошечного жука, печально известного своей способностью изменять форму? Что ты наливаешь в этот шприц? Когда мы заболеваем гриппом, большая часть нашего иммунного ответа фокусируется на стыковочном белке на поверхности гриппа, называемом гемагглютинином (сокращенно HA). Это шарик, который несут на тонкой палочке, и он вступает в контакт с нашими клетками, как леденец, касающийся наших губ и открывающий рот, чтобы приветствовать это сладкое угощение внутри. Проблема в том, что у этого леденца слишком много вкусов. Универсальная вакцина против гриппа не может учесть всех из них. Но палочка мало что меняет, поэтому многие исследователи сосредоточили свои усилия на создании «палочной» вакцины (гораздо более сложный процесс, чем допускает эта упрощенная аналогия). Другие обнаружили, что, несмотря на то, что кондитерский шарик доступен с несколькими вкусами, некоторые его части одинаковы для леденцов на палочке. Эти консервативные области могут быть превращены в вакцины.

Существуют реальные проблемы с выводом на рынок вакцины против гриппа «один размер подходит всем»: маленькие модели лабораторных животных не живут достаточно долго, чтобы проверить универсальность вакцины, инфекция за инфекцией; более крупные и долгоживущие животные, такие как свиньи, ну, ну, большие и ресурсоемкие; и существует этическая головоломка, заключающаяся в том, что люди-добровольцы в течение многих лет участвуют в клинических испытаниях для тестирования универсальной вакцины против гриппа сезон за сезоном и отказываются от уже одобренных четырехвалентных вакцин, которые могут уберечь их от госпитализации.

Но технологические инновации, используемые при разработке универсальной вакцины против гриппа, также используются для решения более насущной проблемы: прекращения пандемии COVID-19.

Увенчаются ли наши усилия успехом?

Эту «одну коронавирусную вакцину, чтобы править всеми» часто называют панкоронавирусной вакциной, от греческого префикса «пан-», означающего «все». Однако в данном контексте значение «пан-» весьма гибко. Что мы имеем в виду, когда говорим «все коронавирусы»?

Возможно, вы помните латинскую таксономию видов в биологии: например, мы Хомо сапиенса это означает, что наш род гомо и наш вид Хомо сапиенс. Хотя вирусы широко не считаются живыми, они классифицируются в генеалогическом древе аналогичного типа. Если мы посмотрим, например, на SARS-CoV-2 и его многочисленные варианты, то увидим, что они принадлежат к подроду сарбековирусов, наряду с вирусом, вызвавшим SARS в 2002 году. Вирус, вызвавший MERS, другую эпидемию коронавируса, обнаружен в другом подрод, но оба этих подрода относятся к роду бетакоронавирусов. Альфа-, бета-, гамма- и дельтакоронавирусы относятся к семейству ортокоронавирусов, которое само является членом семейства коронавирусов. Итак, когда мы говорим о панкоронавирусной вакцине, мы должны указать, как высоко в таблице мы готовы подняться.

Самая сдержанная стратегия — использовать противовариабельную вакцину против SARS-CoV-2, способ научить нашу иммунную систему распознавать SARS-CoV-2 во всех его нынешних и будущих воплощениях, от исходного штамма до гипотетическая Омега и не только. Более высокой целью является создание пан-сарбековирусной вакцины, поскольку все сарбековирусы (включая SARS-CoV-2 и SARS-CoV-1) используют рецепторы ACE2 на поверхности наших клеток для проникновения. Было замечено, что выжившие после пандемии SARS, получившие вакцину Pfizer против COVID-19, вырабатывают особые антитела, которые могут нейтрализовать как пандемические коронавирусы, так и коронавирусы, обнаруженные у летучих мышей и панголинов, а это означает, что эта желаемая перекрестная реактивность возможна на практике. Однако для некоторых исследователей этого недостаточно. Им нужна пан-бетакоронавирусная вакцина, которая позаботится о сарбековирусах, вирусе MERS и обо всем остальном, относящемся к этому роду.

Для создания этих вакцин используются передовые технологии. Один из подходов заключается в использовании наночастиц. Это не ново. Например, в одобренной Novavax вакцине против COVID-19 используются наночастицы: ее шиповидные белки производятся внутри клеток мотылька, а затем прикрепляются к крошечным мылоподобным молекулам. Конечным результатом является шар, усеянный версией шиповидного белка SARS-CoV-2, который наша иммунная система может распознать как чужеродный и атаковать. Для более универсальной вакцины против коронавируса группа из Армейского исследовательского института Уолтера Рида использует ферритин в качестве наночастицы. Ферритин — это белок, который живые организмы производят для хранения железа, и, по-видимому, он хорошо работает в качестве крошечной бусины, на которой, например, находится определенная часть шиповидного белка коронавируса, который, как считается, вызывает широкий иммунный ответ, который может распознавать другие коронавирусы. застрял. Однако было сложно определить, какую часть шиповидного белка прикрепить к какому типу ферритина: исследовательской группе пришлось перепробовать более 200 комбинаций. Но теперь у них есть конструкция, которая в сочетании с сильными адъювантами — веществами, которые помогают вызвать иммунную реакцию в составе вакцины — обладает большим потенциалом.

Другая стратегия использовалась при разработке вакцины против гриппа: создание химеры. В греческой мифологии химера представляла собой гибридное чудовище, состоящее из частей разных животных. Точно так же с помощью биотехнологии ученые могут создавать химерные молекулы. Можно создать экспериментальные вакцины против гриппа, в которых будет палочка-леденец текущего сезонного гриппа, увенчанная головкой леденца экзотического птичьего гриппа, в попытке заставить иммунную систему больше замечать палочку и вызывать в воображении более широкий, универсальный отклик. Для коронавирусов этот химерный дизайн используется для создания гибридных молекул, содержащих соединенные сегменты шиповидного белка из многих разных коронавирусов.

Наконец, есть мозаика. В то время как химерный белок состоит из различных частей, сшитых вместе, мозаика означает, что несколько белков просто присутствуют одновременно. Наночастица вместо трех копий одного и того же белка может содержать три шиповидных белка из трех разных коронавирусов. Южнокорейская компания SK bioscience разработала мозаичную вакцину против коронавируса, которая, как сообщается, является одной из наиболее близких к испытаниям на людях. Между тем, упомянутая выше вакцина Уолтера Рида уже проходит небольшое испытание на безопасность на людях-добровольцах, результаты которого должны быть известны в ближайшее время. Конечно, даже если эта игра окупится, бустеры не исчезнут. Хотя мы надеемся на широкую иммунную защиту, мы не знаем, как долго она продлится.

Идет гонка за поиском противовариантных и широко защищающих вакцин против коронавируса. Национальные институты здравоохранения выделили 43 миллиона долларов четырем академическим группам для решения этой головоломки, а Коалиция за инновации в области обеспечения готовности к эпидемиям инвестировала от 135 до 200 миллионов долларов (в зависимости от источника) в семь небольших биотехнологических фирм.

Но мы, люди, легко отвлекаемся. Для преодоления технологических препятствий на пути разработки безопасных и эффективных универсальных вакцин против коронавируса требуется время и постоянный приток денег. Будем ли мы продолжать финансировать эти усилия? Или мы потеряем фокус и вернемся к бездействию, прежде чем действие нового вируса застанет нас врасплох и заставит отреагировать?

Сообщение на дом:
— Разрабатываются вакцины, которые теоретически могут дать нам защиту сразу от многих коронавирусов, включая любой будущий вариант вируса COVID-19.
— Для разработки этих вакцин используются разные стратегии, в том числе использование крошечных молекул, известных как наночастицы, которые могут отображать фрагменты, общие для коронавирусов, или разные белки-шипы от многих коронавирусов, или даже сегменты белков-шипов, сшитые вместе как «химерные белки». ”
— Универсальные вакцины против простуды и гриппа уже были опробованы и продолжают испытываться, но остаются важные проблемы, такие как поиск консервативных регионов для всех этих вирусов и получение устойчивого финансирования.


@CrackedScience

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.