Генетическая прививка

Впервые предположение, что гены могут быть использованы для вакцинации, появилось почти полвека назад, после серии исследований, проведенных в 50-60-е гг. Эксперименты, к слову, вовсе не имевшие отношения к созданию вакцин, продемонстрировали один интересный эффект, который сегодня, впрочем, кажется очевидным.

Ученые обнаружили, что фрагменты «чужой» ДНК, имплантированные в клетки животных, способны в некотором количестве синтезировать собственные белки. Сами клетки, получившие гены другого организма, в ответ начинают вырабатывать антитела. Позднее результаты этих экспериментов подтвердились в ходе других исследований, проводившихся с целью создания новых методов лечения различных заболеваний, прежде всего наследственного характера. Имеется в виду генная терапия, первые попытки применения которой были не слишком удачными. Опыты на животных показали, что «терапевтические» гены, имплантируемые с благим намерением исправить то или иное нарушение, провоцируют иммунную реакцию и потому долго не живут. Такое наблюдение, с одной стороны, несколько разочаровало ученых, однако вскоре пришлось убедиться, что нет худа без добра. Иммунный ответ на появление чужеродных генов стали всерьез, хотя поначалу и не без некоторых сомнений, рассматривать как принцип действия вакцин нового типа.

С начала 90-х гг. научные лаборатории начали все активнее работать в этом направлении. Вводя вакцины лабораторным грызунам и приматам, ученые зафиксировали возникновение иммунной реакции, противодействующей многим различным патогенам. Более того, было доказано, что вакцины имеют некоторый эффект при терапии определенных видов рака. Хотя злокачественные опухоли вовсе не являются инфекционными заболеваниями, исследования показали, что с их развитием можно бороться за счет повышения активности иммунной системы. Позднее состоялись первые клинические испытания на человеке, которые прежде всего должны были продемонстрировать безопасность нового метода. Эксперименты состояли в том, что гены ВИЧ вносили в клетки пациентов, уже зараженных вирусом. Еще позднее аналогичные операции проделали со здоровыми людьми. Помимо генов вируса иммунодефицита им пересаживали гены гриппа, а в ходе дальнейших исследований – герпеса и гепатита B. Результаты всех тестов оказались вполне обнадеживающими: вакцины стабильно провоцировали иммунный ответ. Что касается соображений в духе «не навреди», то серьезных побочных эффектов, способных привести к неприятным последствиям, отмечено не было.

Эксперименты по созданию ДНК-вакцин преимущественно ведутся с бактериальными плазмидами – небольшими стабильными кольцевыми ДНК, которые содержатся вне хромосом. Плазмиды хороши в том плане, что сами по себе не провоцируют инфекцию. Фактически их используют только в качестве вектора – средства доставки. Чтобы вызвать необходимую иммунную реакцию, выделенные из бактерий плазмиды модифицируют, внося определенные изменения в структуру ДНК. А именно вшивают гены, которые кодируют один или несколько определенных белков-антигенов, вырабатываемых конкретной бактерией или вирусом. Также встраиваются гены, необходимые для обеспечения экспрессии (активности) всей конструкции. В то же время фрагменты ДНК, ответственные за воспроизводство и размножение инфекции, в плазмиды не переносятся. Вводится вакцина обычно либо путем инъекции, либо с помощью так называемой «генной пушки». Этот аппарат, выпуская струю сжатого гелия, пробивает клеточные мембраны микроскопическими металлическими частицами, покрытыми ДНК. Попав тем или иным способом внутрь клеток, плазмиды провоцируют синтез белков-антигенов. Их появление вакцинируемый организм воспринимает как полноценное инфицирование и реагирует обычным образом, в итоге вырабатывая иммунитет против соответствующей бактерии или вируса.

Уже первые успешные испытания, в ходе которых была продемонстрирована перспективность самой идеи создания ДНК-вакцин, привлекли немалое внимание как государственных структур, действующих в сфере здравоохранения, так и крупнейших частных компаний. Многие из них подключились на самых ранних этапах исследований, либо разработав собственные научные программы, либо заключив соглашения с академическими центрами и лабораториями. Сегодня Aventis, Merck, Pfizer и другие фармацевтические и биотехнологические гиганты рассматривают создание новых методов иммунизации как одно из приоритетных направлений работы.
Стойкость иммунитета, который вырабатывается в ответ на введение ДНК-вакцин, определяется принципиально важным обстоятельством. Поскольку антигены синтезируются внутри самого организма, а не поступают в него извне, вызывается комплексная реакция. Активизируются все типы белых кровяных телец: B-лимфоциты вырабатывают антитела, нейтрализующие антигены в жидких межклеточных тканях (гуморальный иммунный ответ), а цитотоксические Т-лимфоциты разрушают болезнетворные агенты внутри клеток (клеточный иммунный ответ).

Аналогичным образом действуют вакцины, содержащие живые аттенуированные (ослабленные) вирусы или бактерии. Однако их применение может быть связано с некоторыми рисками. Хотя вводится лишь ослабленный патоген, вероятность инфицирования и развития болезни при определенных условиях не исключена. Даже ослабленные вирусы или бактерии не являются стопроцентно безопасными, что подтверждают медицинские отчеты, описывающие отдельные случаи заболевания при вакцинации. Особенно рискуют люди с иммунной недостаточностью, такие как больные СПИДом и раковые пациенты, проходящие курсы химиотерапии. Кроме того, ослабленные живые бактерии и вирусы в некоторых случаях могут мутировать, восстанавливая весь свой патогенный потенциал. Более безопасны вакцины, которые содержат убитый патоген либо отдельный очищенный его компонент – белок или полисахарид. Однако такие препараты менее эффективны: они в основном вызывают только гуморальный иммунный ответ и, кроме того, нередко требуют проведения повторных вакцинаций.

К недостаткам обычных вакцин относится и то, что они достаточно дороги в производстве (применяются разнообразные технологии изготовления, зависящие от особенностей конкретных микробов), а также нуждаются в особых условиях хранения и транспортировки – прежде всего, постоянной низкой температуре. Два этих обстоятельства существенно осложняют возможность массового применения самых необходимых лекарств во многих не особенно благополучных странах.

ДНК-вакцины заметно превосходят по своим характеристикам обычные препараты. В целом результаты многочисленных лабораторных исследований и клинических испытаний указывают на то, что ДНК-вакцины обладают всеми положительными свойствами традиционных вакцин, при этом не имея их недостатков. Введение фрагментов ДНК бактерий или вирусов вызывает полноценную иммунную реакцию, но совершенно исключает возможность заражения, поскольку в клетки не попадают гены, необходимые для развития инфекции. ДНК-вакцины сравнительно просто синтезировать в значительных количествах, используя уже ставшую обычной рекомбинантную технологию. Причем весь производственный процесс предельно унифицирован – меняются только гены, которые включаются в плазмиду. Кроме того, поскольку вакцины способны содержать фрагменты ДНК сразу нескольких различных штаммов возбудителей, их можно использовать для противодействия целому ряду инфекций одновременно. Что было бы чрезвычайно полезно, особенно в случае, если дело касается таких изменчивых и многоликих микроорганизмов, как вирус гриппа. Наконец, ДНК-вакцины чрезвычайно устойчивы и могут, в растворе или в сухом виде, храниться при обычных условиях, выдерживая высокие и низкие температуры и разный уровень влажности.

Разумеется, столь многообещающий метод иммунизации не лишен недостатков, самый очевидный из которых вытекает из самой природы ДНК-вакцин. Поскольку вводятся гены, кодирующие белковые молекулы, вырабатывается иммунный ответ только на появление белковых компонентов вирусов и бактерий. Иначе говоря, традиционным вакцинам, в которых используются полисахариды, пока нет альтернативы. Другие потенциально слабые места ДНК-вакцин активно проверяются. Существовало опасение, что чужеродная ДНК может каким-то образом повредить ДНК человека. Другая неприятность, которую подозревали при первых испытаниях, - возникновение аутоиммунного ответа, т. е. реакции, направленной против собственных клеток. Также не исключалась вероятность развития толерантности к препарату и, как следствие, быстрого снижения эффекта от вакцинации. Хотя все эти проблемы не проявились при проведении тестов, ученые продолжают оценивать риски, связанные с применением нового метода иммунизации.

Результаты некоторых исследований позволяют предположить, что функции плазмид-векторов на самом деле не ограничиваются доставкой «инфекционных» генов. Иммунная реакция, вызываемая этими генами (точнее, соответствующими им белками) самими плазмидами дополнительно усиливается. Такой эффект, вероятно, связан с тем принципиальным обстоятельством, что в ДНК микроорганизмов, в том числе в кольцевых плазмидах, часто встречается определенный фрагмент, а именно связка цитозина (C) и гуанина (G). Эти два нуклеотидных основания намного реже соседствуют в ДНК позвоночных. Кроме того, если у позвоночных цитозин и гуанин расположены последовательно в одной цепочке двойной спирали, к ним обычно прикрепляется метиловая химическая группа. Бактерии обходятся без этого дополнения. Ученые предполагают, что клетки позвоночных воспринимают часто повторяющиеся неметилированные CG-фрагменты как сигнал опасности. В ответ активизируется так называемая «первичная» часть иммунной системы, работа которой не связана с распознаванием специфичных белков-антигенов.

Эта гипотеза лежит в основе особого направления исследований в рамках работы над ДНК-вакцинами. Несколько научных групп сегодня пытаются создать препарат, способный на короткое время активизировать иммунную систему таким образом, чтобы она немедленно и мощно реагировала на вторжение любой инфекции. Такой препарат, к примеру, обезопасил бы людей, которым предстоит дальняя поездка, особенно по неблагополучным в санитарном отношении районам. Вакцину могли бы принимать пациенты, ожидающие хирургическую операцию и желающие максимально исключить вероятность заражения и развития инфекции, очевидную при пониженной активности иммунной системы. Кроме того, возникает возможность обезопасить людей, вынужденных находиться на зараженных территориях. Последний пункт становится особенно актуальным в связи с известными событиями, напугавшими растущей угрозой применения биологического оружия.

Принцип, который разрабатывается при создании универсальной вакцины, подразумевает использование не генов, кодирующих белки-антигены микробов, а бактериальных последовательностей CG в качестве активного компонента вакцины. Идея в том, что когда иммунная система человека обнаруживает часто встречающиеся CG-фрагменты ДНК, лишенные метиловой группы, немедленно вызывается общий иммунный ответ, который защищает от инфекции. Нужно подчеркнуть, что поскольку эта реакция является неспециализированной, она направлена против многих видов бактерий одновременно, в том числе штаммов, которые не поддаются воздействию обычных вакцин.

Такое действие, как подтверждают начальные исследования, существует не только чисто теоретически. Предварительные испытания дают вдохновляющие результаты как в плане проверки препаратов на наличие неблагоприятных побочных эффектов, так и в отношении развития стойкого иммунитета. Эксперименты на мышах показали, что ДНК-вакцина такого типа предотвращает развитие сибирской язвы. Также продемонстрирована эффективность препарата при борьбе с лихорадкой Эбола и другими инфекциями, в том числе теми, которые могут быть использованы в качестве биологического оружия. Кроме того, вакцина способна защитить и от паразитов. В частности, тесты показали ее противомалярийное действие. Как отмечают ученые, синтетические препараты, содержащие CG бактерий в качестве активного компонента, прежде всего ограничивают рост и размножение патогенов на ранних стадиях развития инфекции.

О воздействии вакцины на человека и тем более о перспективах ее терапевтического применения ученые пока говорят осторожно. Первые лабораторные эксперименты с человеческими клетками оказались вполне успешными, однако полный цикл клинических испытаний еще предстоит провести. С другой стороны, особенных неприятных неожиданностей, как кажется, ожидать вряд ли следует. Многочисленные бактериальные последовательности цитозина и гуанина содержатся в любой ДНК-вакцине, в том числе в тех, которые уже были протестированы на людях. Проводились и более предметные исследования, в ходе которых оценивалось действие именно CG-фрагментов. В частности, испытания проводили специалисты компании Coley Pharmaceuticals. Правда, они использовали соединение гуанина и цитозина в соответствии с первоначальной идеей, т. е. только в качестве средства, усиливающего действие других вакцин. Пока неясно, планируют ли Coley и другие фармацевтические компании расширить исследования и взяться за разработку полнофункционального самостоятельного препарата. Вполне возможно, что планируют или даже уже делают. В том числе, не исключено, с прицелом на применение вакцины против искусственно созданных штаммов. Во всяком случая, в одном из заявлений Артур Криг (Arthur Krieg), глава научного отдела Coley, высказался в том плане, что использование CG бактерий может быть чрезвычайно эффективным способом активизации естественной иммунной системы с целью обеспечения защиты от биологического оружия различного типа.

Дмитрий Томилов

Источник: Xterra.ru