С Covid-19 все не закончится. Почему в Штатах работают над новой вакциной

Доктор медицины и автор The Atlantic Джеймс Хэмблин в своей новой статье пишет о перспективах создания универсальной вакцины от коронавирусов, поскольку Covid-19 — явно не последний.

Пандемия в глобальном масштабе уже достигла своего пика, и теперь эксперты обращают внимание на новые варианты вируса. Катастрофический рост случаев наблюдается там, где, как полагали некоторые, опасность уже миновала. В Индии в больницах заканчивается кислород, а число случаев Covid-19 растет в геометрической прогрессии. Между тем власти бесокоит "мутировавший" вариант SARS-CoV-2 под названием B.1.167. В Бразилии, где ежедневно умирают более 2,5 тыс. человек, правительство призывает людей не беременеть из страха перед вариантами, аналогичными P.1. И эти варианты порождают новые, по мере того как мутации накладываются друг на друга.

Возможные последствия такой вирусной эволюции колоссальны. В прошлом месяце американский ЦКЗ обнародовал трехуровневую систему для определения приоритетности возникающих рисков. "Вариант, на который следует обратить внимание" — это особо опасный штамм, который еще не получил широкого распространения. Если же получил, то он переходит в разряд "вариант, вызывающий беспокойство". Сегодня в США распространены пять вариантов, вызывающих беспокойство (B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.427 и B.1.429). И, наконец, выше этой категории находятся самые пугающие — "варианты, которые могут привести к серьезным последствиям". Они могут не рассматриваться в ходе исследований, не реагировать на лечение от Covid-19 и даже на существующие вакцины. Пока в мире не зафиксирован ни один из таких вариантов. По крайней мере, пока.

Т.к. вирус по—прежнему широко распространяется по всему миру (на сегодня еженедельно выявляется 5 млн новых случаев), дальнейшая мутация неизбежна. Пытаясь сыграть на опережение, в начале этого месяца Белый дом объявил об инвестициях в размере $1,7 млрд, которые направят на отслеживание вирусного генома. С помощью постоянного мониторинга мутаций и новых вариантов можно будет избежать наихудших последствий. В то же время формирование контрмер для каждого варианта в итоге может стать постоянной гонкой: к тому времени, как мы разберемся полностью в одном варианте, сдержать его уже, вероятно, будет невозможно. И, к тому же, может появится новый, более опасный вариант.

Мониторинг каждого вариант и реагирование на них — настолько сложная задача, что, по мнению некоторых экспертов, нам потребуется более комплексный подход. Причем уже в ближайшее время. "Вместо того, чтобы бороться с каждым новым проблемным вариантом, — сказал мне Энтони Фаучи на прошлой неделе, — Есть смысл использовать все наши возможности, чтобы создать универсальную вакцину против SARS-CoV-2". То есть такую, которая может нас защитить, в независимости от того, как развивается вирус; формируя хотя бы частичный иммунитет к любому варианту, который может появиться. "Если мы этого не сделаем, мы будем пребывать в постоянной гонке вместо того, чтобы закрыть уже этот вопрос", — добавил он.

Десятки групп ученых уже занялись этим вопросом и решить эту задачу вполне реально. Но это лишь начало. "Универсальная вакцина от SARS-CoV-2 — это первый шаг", — говорит Фаучи. Шагом вторым будет универсальная вакцина от коронавируса, способная защитить нас не только от SARS-CoV-2 во всех его формах, но и от неизбежного появления новых и разных коронавирусов, которые спровоцировать пандемии в будущем. Работа по созданию такой вакцины может стать одним из величайших достижений нашего поколения.

Основная проблема заключается в том, что наши клетки считают коронавирус своим другом. Каждая его частица покрыта белками, называемыми "белками-шипами" (хотя они больше напоминают скипетры или заплесневелые рожки мороженого). Кончик каждой из них обманчиво похож на нормальную сигнальную молекулу человека, поэтому здоровая клетка соприкасается с шипом. И это ее последняя ошибка. Отрывается верхушка шипа и вирус проталкивает его через поверхность клетки и вводит свою РНК. Так он получает возможность использовать клетку для создания миллионов своих копий, которые в конечном итоге вырываются наружу, оставляя клетку умирать.

Все способы, которыми вирус SARS-CoV-2 поставил мир на колени, и все смерти, которые могут спровоцировать его мутации, начинаются с одного субмикроскопического белка. Каким бы этот шип не был ушлым, он все же отлично подходит на роль мишени для вакцин. Современные вакцины учат иммунные клетки распознавать "белок—шип", чтобы он был нейтрализован до проникновения в клетки.

Однако в каждом из вариантов наблюдаются небольшие отличия между шипами. "Нынешние вакцины основаны на генетическом коде исходного штамма, обнаруженного в Ухане", — объясняет профессор биоинженерии из Калифорнийского технологического института Памела Бьоркман. Этого штамма более нет, потому вакцины не столь идеальны для вариантов, с которыми многие из нас могут столкнуться в будущем. По словам Бьоркман, на данный момент изменения белка—шипа не столь драматичны, чтобы вакцины первого поколения считать неэффективными, "но необязательно, что так будет и в дальнейшем, ведь вирус продолжает мутировать".

Потому—то сейчас стоит задача создать вакцину, которая будет предвосхищать такие изменения, обучая иммунную систему распознавать и бороться с вариантами, которые могут еще даже не появиться. Одним из потенциально эффективных подходов был бы акцент на часть белка-шипа, который не развивается так быстро, как другие. Сотрудники лаборатории Джейсона Маклеллана в Техасском университете (Остин) сосредоточилась на стволе белка—шипа SARS-CoV-2, который не мутирует так часто, как его кончик. Теоретически вакцина, которая учит иммунную систему распознавать ствол, будет индуцировать защиту от многих или даже всех вариантов сразу — до тех пор, пока в них будет существовать такой ствол. Однако на практике у антител против ствола шипа могут быть проблемы с распознаванием и связыванием со своей целью, если она будет спрятана в структуре белка.

Лаборатория Бьоркман трудится над другим решением, которое гарантированно вызывает иммунную реакцию: над вакциной, содержащей несколько различных версий той части шипа, которая "связывается" с человеческими клетками. Их можно прикрепить к крошечным синтетическим "скелетам", представляющим собой "мозаику наночастиц". И когда в прошлом году команда Бьоркман ввела мышам прототип мультиштаммовой вакцины, они обнаружили, что организм вырабатывает антитела против всех форм белка—шипа из "мозаики".

Схожий подход — это начать с мРНК, как поступили создатели вакцин Pfizer и Moderna. Но вместо того, чтобы включать код только для одного штамма, вы можете связать вместе мРНК, которая кодирует множество различных вариаций шипов—белков, включая мутации наиболее опасных вариантов. А Дэвид Мартинес из Университета Северной Каролины и его коллеги недавно проинформировали о многообещающих экспериментах на мышах (их научная работа сейчас находится на рассмотрении) с мРНК из различных коронавирусов, ставших основой для вакцины с мРНК "шипа—химеры". При введении мышам гибридная вакцина эффективно генерировала антитела против нескольких белков-шипов, включая тот, который связан с вариантом, вызывающим наибольшую озабоченность в США.

"Чтобы создать универсальную вакцину от SARS-CoV-2, которая обеспечивает долгосрочную защиту, нам, возможно, придется думать не только о шипе, — полагает биолог из Университета штата Джорджия Баочжун Ван. — Активны антитела, нацеленные на белки—шипы, важны, но не на 100%". Решающее значение будут иметь и реакция Т—клеток в легких, поскольку "каталогизируют" историю предыдущих респираторных вирусных патогенов. Эти реакции в основном вызываются белками внутри вируса, объясняет Ван, такими как нуклеопротеины и ферменты, которые помогают ему воспроизводиться, а не его шипом. Его метод заключается в введении наночастицы с помощью различных белков—шипов.

По мнению Фаучи, многие из этих идей можно реализовать и что универсальная вакцина от SARS-CoV-2 может быть доступна даже до окончания пандемии. Он потратил годы на вакцину от вируса гриппа, преследуя аналогичную цель — защитить от всех возможных штаммов гриппа. Проект пока не увенчался успехом (даже наши вакцины от сезонного гриппа не особенно надежны, их эффективность в среднем составляет около 50%.). Но SARS-CoV-2 менее проблематичен, говорит он, поскольку его геном проще, чем у гриппа, и менее подвержен мутациям. Мартинес соглашается: Как бы в генетическом смысле не была ужасна эта пандемия, "нам на самом деле еще повезло".

"Этот вирус просуществует еще пару лет, прежде чем мир с ним справиться, если нам повезет, — сказал мне Фаучи. — Я не могу гарантировать, что мы получим универсальную вакцину против этого вируса, но, безусловно, она нам понадобится для следующего".

Универсальная вакцина против SARS-CoV-2 может оказаться необходимой для того, чтобы положить конец этой пандемии. Также возможно, что нынешнее поколение вакцин против SARS-CoV-2 сработает довольно хорошо, и нам потребуется лишь базовая бустерная вакцина. Но даже когда этот конкретный коронавирус будет повержен, нам все равно нужно будет найти способ защитить себя от других.

По некоторым данным, среди нечеловеческих видов "ходят" тысячи родственных патогенов, и некоторые из них могут добраться до нас в любой момент. За последние 18 лет уже три коронавируса приводили к разрушительным болезням у человека (SARS, MERS и COVID-19). "Вопрос не в том, будет ли еще одна пандемия коронавируса, а в том, когда", — говорит Мартинес.

Бьоркман разделяет эту уверенность. "Он не последний, — говорит она. — У нас будут SARS-CoV-3 и SARS-CoV-4. Все говорили об этом до этой пандемии. Большинство в мире проигнорировало это. Поступить так снова, значит зарыть голову в песок".

На сегодня уже есть технология для создания вакцины, которая защитит людей сразу от множества коронавирусов. Вакцинация от всех из них — более сложная задача, чем вакцинация от одного или нескольких, но гипотетически возможна. Однако многопрофильную вакцину вряд ли создадут путем выявления некоего единственного и одинакового фрагмента белка—шипа у всех коронавирусов. Это что—то сродни выявлению единственного уязвимого места у Звезды Смерти — слишком уж просто. Но мы могли бы обнаружить сразу несколько одинаковых фрагментов для большинства коронавирусов.

По словам Бьоркман, загрузить несколько мишеней в одну вакцину несложно. В ее лаборатории можно быстро воссоздать белки из верхушки шипа и прикрепить их к наночастицам. "Их действительно легко сделать", — скромно отмечает она. Основная задача состоит в том, чтобы знать, что именно включать и убедиться в том, что они эффективно стимулируют иммунную систему.

"Настоящая проблема заключается в том, чтобы лучше понять вселенную коронавирусов", — констатирует биохимик и руководитель проекта Human Vaccines Project Уэйн Кофф. Теоретически можно установить ключевые изменения в геноме вируса, которые спровоцируют масштабное их распространение среди людей, чтобы наш организм научился хотя бы частично распознавать новые коронавирусы.

По мнению Коффа, мы можем выяснить, какие общие черты или мутации могут позволить создать такую ​​вакцину, поскольку определяем генеалогическое древо коронавируса на все более и более детальном уровне. "Если биологи смогут в полевых условиях собрать достаточно данных, вы создадите алгоритм обнаружения тех их из них, который имеют наибольший потенциал для перехода от вида к виду, а затем те, которые смертельны для человека", — говорит он. По его словам, суперкомпьютеры и достижения в области машинного обучения и моделирования ускорят процесс прогнозирования.

Проект по созданию действительно универсальной вакцины против коронавируса будет включать в себя множество дисциплин: клеточную и системную биологию, иммунологию, генетику, искусственный интеллект и структурное моделирование и многие другие. По словам Коффа, для достижения этой цели нужно создать максимально широкую коалицию стран. Инвестиции США в отслеживание вирусных геномов могут помочь создать небольшую часть инфраструктуры, необходимой для мониторинга многих других вирусов. Аналогичные усилия потребуются от всего мира, чтобы быть в курсе постоянно меняющихся вирусных карт. Кофф считает, что правительствам стран G7 придется заключить союз с частным сектором, Всемирной организацией здравоохранения и некоммерческими организациями, такими как Фонд Билла и Мелинды Гейтс, чтобы эта система заработала. "Это может стоить миллиарды, но эта пандемия уже обходится в триллионы, — говорит Кофф. — "Мы не вынесли уроков из SARS, MERS, ВИЧ, свиного гриппа, но, возможно, на этот это сделаем".