Как работают вакцины и что происходит в организме после вакцинации?

Врач Ольга Шварацкая, кандидат медицинских наук, доцент кафедры педиатрии 3 и неонатологии Днепропетровской медицинской академии, объяснила, как иммунная система реагирует на вакцинацию и чем это отличается от выработки иммунитета после перенесенного заболевания. Помимо специализации в педиатрии, Шварацкая — член Европейского общества детских инфекционных блезней (ESPID), Европейской академии аллергии и клинической иммунологии (EAACI) и Европейского респираторного общества (ERS).

Пост о выработке иммунитета после вакцинации Ольга Шварацкая разместила на своей странице в Facebook. С разрешения автора приводим ниже текст поста.

Для чего нужны вакцины?

Суть и смысл любой вакцины – показать организму и его иммунной системе те признаки бактерий или вирусов (то есть патогенов), по которым организм сможет их потом, при встрече, быстро распознать. Вакцинированный организм быстро разберется, что тут за инфекция поступила, если вдруг она поступит.

А еще иммунная система в результате вакцинации создает и хранит в полной готовности средства, хорошо подходящие для нейтрализации именно этой инфекции.

Таким образом, при встрече с натуральной инфекцией организм сможет быстро отреагировать, причем заранее припасенными средствами. Ему не придется тратить время, чтобы разобраться «с нуля», что это такое и что с этим делать.

Разные типы вакцин

Разные вакцины основаны на разных подходах к тому, как познакомить организм с нужным микробом. В одних вакцинах содержится живой возбудитель, ослабленный настолько, что не способен вызвать полноценную болезнь — как, например, в вакцине от кори. В других содержится убитый (инактивированный) вирус — как, например, в инъекционных вакцинах от гриппа. Если рассматривать вакцины от COVID-19, то инактивированный вирус содержится в китайских вакцинах Sinopharm и CoronaVac от SinoVac, а также в Covaxin oт Bharat Biotech (Индия).

В третьих есть только россыпь отдельных, отобранных кусочков возбудителя или опасных продуктов его жизнедеятельности ‒ «подборка» маркеров, необходимых иммунной системе для запоминания, как в вакцинах от менингококка или дифтерии. Кусочки (отдельные белки) коронавируса содержат вакцины Novavax (США) и ЭпиВакКорона (вторая российская вакцина). Такие вакцины называются субъединичными.

Новые типы вакцин, появившиеся в связи с пандемией, содержат нуклеиновые кислоты — ДНК или РНК, которые являются своего рода «алфавитами» для записи и хранения генетической информации у живых организмов.  Такие вакцины несут в себе инструкцию по производству некоторых запчастей от вируса, чтобы клетки человека сами синтезировали их и показали иммунной системе. Целый живой вирус таким образом никак не получится; образно говоря, инструкция содержит сведения, как собрать дверь и выхлопную трубу от машины, но ничего не говорит о том, как сделать двигатель, колеса и все прочие части.

Вакцины от Pfizer и Moderna (обе — США) содержат участки искусственно синтезированной матричной РНК вируса. То есть несут инструкцию, очень похожую на ту, которой пользуется сам вирус.

С AstraZeneka (Великобритания-Швеция), Johnson&Johnson (США) и Спутником V (Россия) немного сложнее. Они в общем относятся к вакцинам, содержащим нуклеиновые кислоты, как и Pfizer. Но с тем отличием, что в них не РНК, а синтетическая ДНК, несущая инструкцию про тот же самый ключевой белок коронавируса. Инструкция «написана другими буквами» и приделана к живому, но безопасному аденовирусу (вектору), который доставляет ее в клетки. Едет верхом на другом вирусе, так сказать. Это называется векторная вакцина.

Но не все векторные вакцины от ковида будут с ДНК. Часть из них, которые еще в разработке, будут нести кусочки вируса и таким образом будут относиться к субъединичным вакцинам.

Две стадии иммунного ответа на инфекцию или вакцину

После введения вакцины в организм иммунная система реагирует на нее в несколько естественных стадий. Эти стадии такие же, как при встрече с натуральной инфекцией. Основное различие в том, что вакцина не приводит к той болезни, от которой мы вакцинируем, а только «обучает» иммунную систему, а натуральная инфекция – это болезнь и есть в большинстве случаев.

Первая стадия — неспецифический иммунитет и воспаление

В первую стадию, которая длится 1-3 дня, происходит активация неспецифического, или врожденного, звена иммунитета. У нас всегда есть наготове защита первой линии, которая с нами с рождения и готова противостоять вообще чему угодно, без разбору. Эта защита начинает работать в первую же минуту с момента встречи с инфекцией, и быстрота действия – ее огромный плюс, потому что многие микроорганизмы удается нейтрализовать сразу же, как только они в нас очутились, силами этого неспецифического реагирования.

Но платой за быстроту и вечное «всегда готов» является неточность действия и незаточенность оружия под конкретную инфекцию. Ответ один на все – большое и маленькое, квадратное и треугольное… поэтому многие инфекции способны обойти эту первую линию защиты.

Очень важно то, что активация врожденного иммунитета — это необходимая ступенька для формирования специфического, то есть адресного для конкретной инфекции, ответа, а также для запоминания этой инфекции.

Хотя даже клетки врожденного звена иммунитета обладают своего рода памятью (клетка-макрофаг после встречи с патогеном никогда не станет прежней), но эта память грубая и приблизительная. А наиболее точная память сохраняется в другом разделе иммунной системы, так называемой ее адаптивной, или специфической, ветке. В этом же разделе создается самое подходящее, точное и адресное оружие против конкретной инфекции.

Но там все так устроено, что сначала кто-то должен поймать зазевавшуюся бактерию или вирус, съесть агрессора, расщепить его на кусочки и показать клеткам адаптивного корпуса нашей иммунной армии. Или подобрать и показать им то, что положили в вакцину. И этот «кто-то» – клетки врожденного звена: дендритные, моноциты, макрофаги и другие красивые названия. В последние годы обнаружилось, что даже эозинофилы способны «съедать» вирусы.

Параллельно, для того, чтобы бороться с инфекцией, и чтобы вся цепочка иммунного ответа запустилась как надо, клетки врожденного звена, увидев патоген, создают вокруг себя воспалительную среду. Для этого они разбрасывают вокруг себя цитокины — это вещества, выделяемые клетками для противодействия патогену и для «общения» между собой в процессе создания воспаления. Некоторое повышение уровня таких цитокинов (например, интерферона) и общих маркеров воспаления (таких, как ферритин или С-реактивный белок) в этот период можно определить в крови, что используется в клинических исследованиях вакцин, когда подбирается нужная доза вакцины, например. После вакцинации все эти процессы могут отражаться в местных реакциях (болит, краснеет место укола) и в системных эффектах (температура, «гриппоподобное состояние»).

Вторая стадия — адресный иммунный ответ

Когда же клетки врожденного иммунитета, названные выше, уже отловили, «съели» и расщепили некоторое количество микробов или их частей, полученных из вакцины, наступает вторая стадия — запуск специфического, адресного иммунного ответа. Это 4-15 дней после вакцинации. Платой за точность работы адаптивной части иммунной системы является время. Адаптивному ответу нужно несколько дней или недель, чтобы сообразить, что нужно, и построить необходимое. Именно поэтому мы вакцинируемся заранее. Когда мы уже встретились с инфекцией, этого времени у нас уже может и не быть. Особенно если инфекция серьезная и может доконать организм раньше, чем он сообразит, как воевать.

Первым результатом формирования специфического иммунного ответа на инфекцию является появление антител. Антитела – это большие замысловато скрученные белковые штуки, сделанные под конкретный маркер на поверхности вируса или бактерии (антиген). Антитела вырабатываются так называемыми клетками-плазмоцитами, которые вырастают из В-лимфоцитов. Первые появившиеся антитела разнородны, не всегда эффективны, работают, так сказать, в первом приближении по площадям. Какие-то из них способны распознать и прицепиться к возбудителю, но не способны его по-настоящему нейтрализовать.

Иммунная система сначала «пристреливается», создает разнообразные варианты оружия, которое может уничтожить угрозу, и постепенно отбирает подходящие средства. Поэтому когда говорят об эффективности вакцинации, ученых интересует не только то, сколько антител выработалось вообще, но и сколько из них нейтрализующих.

Вторым результатом активации адаптивного звена является появление В-клеток памяти. Это тоже В-лимфоциты, но особенные. Они будут помнить инфекцию и при повторной встрече с ней сразу запустят производство нужных хороших антител. Кстати, при повторной встрече с антигеном (бактерией, вирусом) В-клетки продолжают учиться, точность оружия еще более возрастает, антитела становятся все более «заточенными» на данную бактерию или вирус, и все более способны «сбивать на взлете». Отчасти и по этой причине для многих вакцин нужна вторая, так называемая бустерная доза после первой дозы, что изображает повторную встречу с инфекцией.

Ну а третьим результатом данной фазы является формирование специфического Т-клеточного ответа. Во всей этой клеточной машинерии есть еще и Т-клетки (Т-лимфоциты). Они бывают нескольких типов. Есть хелперы (помощники) – вырабатывают цитокины и подпихивают В-лимфоциты, чтобы те вырабатывали антитела. Есть киллеры, убивающие микроорганизм напрямую или опосредованно через те же цитокины (интерферон). Есть Т-клетки памяти, которые необходимы, чтобы помнить зловредного микроба и в нужный момент быстро превращаться в специализирующийся на данном микробе Т-хелпер или Т-киллер. Есть супрессоры (подавляющие лимфоциты) – те, которые контролируют силу и продолжительность иммунного ответа. Должен же кто-то быть способен остановить всю эту чехарду в нужный момент, чтоб иммунный ответ не доконал своего носителя избыточностью и размашистостью.

Лучше всего формируют Т-клеточный ответ живые вакцины и, похоже, вакцины, содержащие нуклеиновые кислоты (те, которые с «инструкцией для создания запчастей от вируса»). Выработку антител хорошо вызывают все типы вакцин.