В правительственных, промышленных и университетских лабораториях ученые пытаются перехитрить врагов, которые еще не существуют: следующий коронавирус, который будет угрожать здоровью людей, и тот, что будет после него.
Они работают над вакцинами, которые будут защищать не только от любого варианта SARS-CoV-2, но и от любого из его родичей, которые могут прийти к нам в будущем. Большинство таких вакцин еще не вышло за пределы доклинических испытаний, но в апреле начались исследования одной из них на человеке.
«Кто сказал, что в ближайшие пять или десять лет у нас не будет нового коронавируса? — говорит Кайвон Моджаррад, MD, PhD, директор отдела Возникающих инфекционных болезней в НИИ Сухопутных войск им. Уолтера Рида (WRAIR) в Силвер-Спринг, Мерилэнд, и соизобретателя первой универсальной — панкоронавирусной — вакцины, которой предстоит испытание на людях. — Суть не в том, что мы заявляем, будто мы ясновидящие. Но есть закономерность, которую мы видим, и эта закономерность никуда не исчезает».
В конце концов, первый SARS-CoV появился в конце 2002–2003 г. Потом в Саудовской Аравии в 2012 г. возник коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV). И затем, конечно, в декабре 2019 г. SARS-CoV-2 дал начало глобальной пандемии. Все три — это β-коронавирусы, род, включающий в себя также два вируса обычной простуды.
До создания своего отдела в WRAIR несколько лет назад Моджаррад работал над вакцинами против гриппа, MERS и заболеваний, вызываемых вирусом Зика в Национальном институте здоровья (NIH) и в составе Всемирной организации здравоохранения для борьбы с вирусом Эбола.
Моджаррад, врач-инфекционист с PhD по эпидемиологии, говорит в интервью: «Я обнаружил, что мы постоянно реагируем на кривую постфактум; имеется в виду эпидемиологическая кривая».
В случае SARS-CoV-2 все может быть еще хуже. Если бы у NIH «не было бы этой зарождающейся коронавирусной программы, ситуация с вакциной была бы коренным образом другой», — заявляет Моджаррад. В целом эксперты соглашаются, что то, что в руках людей оказались две вакцины на основе матричной РНК (мРНК) лишь спустя год после секвенирования SARS-CoV-2 — это ошеломляющее научное достижение.
Но могло бы быть и лучше. По словам Мэттью Мемоли, MD, у нас были предупреждения в виде SARS и MERS, но мы не придали им значения.
Вакцины от SARS дошли до второй фазы клинических испытаний после эпидемии, но потом интерес к ним иссяк, как говорит в интервью «JAMA» Мемоли, директор подразделения клинических испытаний лаборатории инфекционных болезней Национального института аллергии и инфекционных болезней (NIAID). Как он отмечает, SARS-CoV и SARS-CoV-2 на 95 % одинаковы. «Представьте, если бы у нас была вакцина от SARS в прошлом марте [2020 г.] или даже в феврале».
В начале пандемии Мемоли и другие исследователи вакцины пришли к выводу, что необходимо думать о будущем. В марте 2020 г. Мемори стал соавтором статьи под названием «Универсальные коронавирусные вакцины: время начинать пришло» (Universal coronavirus vaccines: the time to start is now).
В кругу семьи
Изучение образцов крови людей, переболевших инфекцией SARS-CoV или SARS-CoV-2, маняще подтверждает возможность создания панкоронавирусной вакцины.
У сыворотки людей, инфицированных вирусом SARS-CoV в ходе вспышки острого респираторного синдрома в 2003 г., найдена кросс-реактивная нейтрализующая активность против шипикового белка SARS-CoV-2, в то время как сыворотка людей, выздоровевших от COVID-19, демонстрирует подобную активность в отношении SARS-CoV и MERS.
То, почему инфицированные одним коронавирусом индивиды могут вырабатывать нейтрализующие антитела против других коронавирусов, связано с эволюционно-биологическим принципом консервативности — присутствием сходных генов или частей генов у различных членов семейства (в данном случае — вирусов). Стабильность такого «семейного наследства» делает его привлекательным в качестве мишени панкоронавирусных вакцин.
Как объясняет Моджаррад, разработавший вместе с коллегой и начальником отдела структурной биологии М. Гордоном Джойсом, PhD, панкоронавирусную вакцину WRAIR, в биологии этих различных патогенов должны быть консервативные признаки.
Первое испытание на человеке
Как и другие потенциально панкоронавирусные вакцины, прототип Моджарда и Джойса нацелен на консервативные части β-коронавирусных шипиковых (spike) белков.
Их кандидат — направленная на шипиковый белок вакцина на основе наночастиц ферритина. Ферритин представляет собой существующий белок для запасания железа, а наночастицы ферритина используются для доставки лекарств, биопроб, молекулярной визуализации и создания экспериментальных универсальных вакцин против гриппа.
Вакцина WRAIR состоит из наночастицы ферритина со множеством триплетов шипикового белка SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 и собственного адъюванта WRAIR. «Когда у вас есть ряд повторяющихся антигенов, это усиливает иммунный ответ в виде повышения качества и количества антител», — объясняет Моджаррад.
В недавней статье, которая не подвергалась рецензированию, Моджаррад, Джойс и их соавторы сообщили, что их вакцина вызывает обширный ответ в виде образования нейтрализующих антител против как изолята SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1, так и имеющихся вариантов SARS-CoV-2 и SARS-CoV у макак. Вакцина быстро защищала от респираторных инфекций и заболеваний верхних и нижних дыхательных путей и легких обезьян.
По словам Моджаррада, результат превзошел ожидания. «Теперь у нас, возможно, будет вакцина против всех SARS», — говорит он. Маджаррад и его коллеги теперь добавляют в вакцину шипиковые белки других коронавирусов, таких как MERS-CoV, чтобы вызвать еще более обширный иммунный ответ.
Как утверждает Моджаррад, пока неясно, почему вакцина, содержащая только шипиковый белок SARS-CoV-2, запустила такой широкий иммунный ответ, но возможное объяснение кроется в ферритиновых наночастицах с этим белком и адъювантом WRAIR, которые в не подвергавшемся рецензированию исследовании, как оказалось, вызывают у мышей иммунный ответ лучше, нежели сходная вакцина с гидроксидом алюминия — наиболее часто используемым адъювантом.
Первые испытания вакцины WRAIR на людях начались 7 апреля. Были вакцинированы 24 участника исследования, и в настоящее время ученые вводят вакцину следующим 24. План состоит в том, чтобы задействовать всего 72 добровольца, которые никогда не переносили инфекцию SARS-CoV-2 и не были против нее вакцинированы. По утверждению Моджаррада, времени на поиск людей остается мало.
Разные подходы, одна цель
Другие лаборатории выбрали другие тактики. Ученые из университета Дьюка также создали вакцину на основе наночастиц ферритина, но она содержит множественные копии высококонсервативного коронавирусного сайта связывания с рецептором (RBD — receptor binding domain) — ахиллесовой пяты коронавирусов, как говорит Кевин Сондерс, PhD, руководитель исследования в Институте человеческих вакцин Дьюка.
RBD, располагающийся на шипиковом белке, позволяет коронавирусам причаливать к рецепторам ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2), что и приводит к инфицированию. Нейтрализация RBD должна «закрыть дверь» для способности коронавирусов проникать в клетки.
Как в мае сообщили Сондерт с соавт., у макак вакцина из института Дьюка стимулировала образование нейтрализующих антител к широкому спектру коронавирусов. В интервью «JAMA» Сондерс заявил, что в целом макаки переносили вакцину хорошо. Он и его коллеги сейчас ищут финансирование, чтобы производить вакцину для клинических испытаний.
Мемоли и его коллега, Джеффри Тобенбергер, PhD, глава секции патогенеза и эволюции лаборатории инфекционных болезней NIAID, хотят разработать вакцину, которая не только обеспечит широкую защиту от коронавирусов, но и сможет защитить широкие слои населения.
Мемоли говорит, что такие факторы, как возраст, генетика, сопутствующие заболевания снижают эффективность вакцин у отдельных лиц; это верно в том числе для вакцины против гриппа. По его словам, проблема в том, что каждый человек уникален и имеет свою уникальную иммунную систему.
По словам Мемоли, решением будет стимуляция множественных аспектов иммунной системы, что можно сделать с использованием инактивированного цельного вируса или множества антигенов от разных вирусов, либо комбинируя различные стратегии создания вакцин. Он и Тобенбергер решили придерживаться подхода с убитым вирусом, используя смесь из нескольких инактивированных коронавирусов.
Вводить такую вакцину предполагается в виде назального спрея. «Все эти вирусы проникают через слизистую, — говорит Мемоли. — Большая проблема в том, что мы не знаем, как обстоят дела с иммунитетом слизистых против респираторных вирусов. Это большая неисследованная область».
Фармакологическая компания VBI Vaccines вместо убийства целого вируса использует синтетические вирусоподобные частицы для создания своей универсальной коронавирусной вакцины-кандидата.
VBI, штаб-квартира которой расположена в Кембридже и которая проводит исследования в Оттаве (Онтарио, Канада), создала технологическую платформу на основе вирусоподобных частиц собственной разработки (eVLP) для производства профилактических и терапевтических вакцин. Подобно коронавирусам, eVPL заключены в двойной слой природных липидов.
VLPs подобны овцам в волчьей шкуре: наночастицы мимикрируют под вирусы, запуская иммунный ответ не меньшей силы, чем при естественном инфицировании, но сами по себе они не заразны, поскольку не содержат генетический материал вируса, а только белковую сердцевину. Зарегистрированные на сегодняшний день VLP нацелены на вирус папилломы человека и вирус гепатита В.
«Теоретически мы знаем, что VPL — это очень эффективные вакцины, — говорит в интервью главный научный сотрудник VBI Vaccines Дэвид Андерсон, PhD. — Это по-настоящему отличный способ обучать иммунную систему, поскольку они так похожи на вирусы».
Покрытые оболочкой VLP могут нести антигены шипиковых белков многих
коронавирусов, как объясняет Андерсон. «В любое время можно просто
выбрать то, что мы хотим видеть на поверхности частицы».
Панкоронавирусная вакцина на основе eVLP от VBI, созданная в
коллаборации с Национальным научно-исследовательским советом в Канаде,
содержит шипиковые белки изолята SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1, SARS-CoV и MERS.
Клинические испытания данной вакцины, как ожидается, начнутся уже в
этом году.
По крайней мере в двух прототипах универсальных
коронавирусных вакцин для доставки вирусных антигенов в клетку
используются плазмиды — маленькие кольцевые цепочки ДНК, обычно
встречающиеся в цитоплазме бактерий и протист.
Одна из таких вакцин была разработана Inovio — биотехнологической компанией, расположенной в Плимут Митинге, Пенсильвания, которая использует собственный компьютерный алгоритм для идентификации и оптимизации последовательностей ДНК антигенов-мишеней. Компания проводит доклинические испытания пан-SARS-CoV-2-вакцины для защиты от нынешних и будущих вариантов этого вируса. Последовательности ДНК вариантов SARS-CoV-2 со всего мира собирались в течение четырех месяцев, начиная с октября 2020 г. Мутации шипикового белка были структурированы по каждому географическому региону, и общий набор перекрывающихся мутаций всех вариантов был использован при разработке вакцины.
«Если говорить по существу, мы взяли генетические последовательности всех вариантов и сделали из них мозаику», — говорит в интервью Кэйт Бродерик, PhD, первый заместитель директора по исследованиям и развитию в Inovio.
В опубликованной в мае нерецензированной статье Бродерик с соавт. сообщили, что их вакцина вызвала широкий иммунный ответ против вариантов SARS-CoV-2 на мышиных и хомяковых моделях.
Другой прототип панкоронавирусной вакцины с использованием плазмид был разработан Стивеном Цейхнером, MD, PhD, специалистом по детским инфекционным болезням из Виргинского университета, и вирусологом из Политехнического университета Виргинии Сян-Джин Мэном, MD, PhD. В их вакцине используется новая промышленная платформа, изобретенная Цейхнером.
Одобренные вакцины против COVID-19 содержат целый шипиковый белок, часть которого составляет вирусный пептид слияния (VFP — viral fusion peptide), который, как утверждает Цейхнер, по существу одинаков среди коронавирусов и позволяет им сливаться с клеткой-хозяином. Но если задействуется иммунная система, высококонсервативный VFP практически теряется среди множества всех компонентов шипикового белка.
Цейхнер и Менг синтезировали VFP для SARS-CoV-2 и вируса эпизоотической диареи свиней (PEDV) и вставили гены этих пептидов в плазмиды. Затем они поместили плазмиды в бактерии Escherichia coli, лишенные около трети своих генов для минимизации факторов, которые могли бы отвлекать иммунную систему от экспрессируемых на поверхности бактерий VFP.
Ученые вводили свиньям вакцину против SARS-CoV-2, PEDV или плацебо. По словам Цейхнера, свиней они выбрали потому, что хотели изучить свои вакцины на естественном хозяине коронавируса, а не на трансгенной животной модели.
Недавно исследователи сообщили, что по сравнению с плацебо-вакциной их вакцина против PEDV обеспечила значительную защиту против тяжелого заболевания у свиней, зараженных вирусом. Неожиданностью стало то, что вакцина против SARS-CoV-2 также защищала свиней от тяжелой формы PEDV — это дает основания предполагать, что VFP может быть основой для защитной противокоронавирусной вакцины широкого спектра, как заключают Цейхнер, Менг и их соавторы.
«Путь до первой фазы клинических испытаний на людях долог, — отметил Зейхнер. — Прямо сейчас у нас есть вакцина, которая спасает от болезни свиней».
Неосуществимая мечта?
Годами исследователи, которые сейчас работают над вакцинами против коронавирусов, были сосредоточены на разработке универсальных вакцин от гриппа и ВИЧ, которые, как и SARS-CoV-2 и его родственники, являются РНК-вирусами.
До сих пор на рынке нет универсальной вакцины от гриппа или ВИЧ. Однако, как говорят ученые, β-коронавирусы — не такая подвижная цель, как вирусы гриппа или ВИЧ, и есть надежда, что создание панкоронавирусной вакцины окажется не таким трудным.
«В целом, грипп представляет собой более сложную проблему из-за природы вируса», — отмечает Мемоли. Вирусы гриппа сегментированы и мутируют в каждом сегменте, а затем сегменты рекомбинируют. «Это делает его колоссально быстро меняющимся», — объясняет он.
ВИЧ не только генетически разнообразен из-за высокого уровня мутаций, но и малозаметен и может существовать в клетках в покоящемся состоянии. По словам Сондерса, это воистину устрашающий вирус.
По словам Мемоли, главная цель панкоронавирусной вакцины — уберечь зараженных людей от смерти. Еще лучше, если она поможет избежать госпитализации и сократит период, за который они могут инфицировать других.
«Мы не пытаемся создать вакцину, которая предотвратит заражение любым коронавирусом на Земле, — объясняет он. — Мы хотим помочь иммунной системе, пытаемся дать время на выздоровление. Мы чертовски многого не знаем о коронавирусах. Эти вирусы предсказуемо непредсказуемы».
