Наука

Как создают недорогую и простую в производстве вакцину от коронавируса

Новая вакцина от Covid-19, которая проходит клинические испытания в Бразилии, Мексике, Таиланде и Вьетнаме, может изменить то, как мир борется с пандемией. Вакцина, получившая название NDV-HXP-S, является первой в клинических испытаниях, в которой используется новый молекулярный дизайн, который, как ожидается, позволит создать более сильные антитела, чем вакцины нынешнего поколения. При этом, такая вакцина значительно проще в производстве.

В чем ее отличие от существующих вакцин

Существующие вакцины таких компаний, как Pfizer и Johnson & Johnson, должны производиться на специализированных заводах с использованием труднодоступных ингредиентов. Напротив, новую вакцину можно массово производить в куриных яйцах — тех же, из которых ежегодно производятся миллиарды вакцин против гриппа на заводах по всему миру.

Если NDV-HXP-S окажется безопасной и эффективной, производители вакцины от гриппа потенциально смогут производить более миллиарда доз вакцины в год. Страны с низким и средним уровнем доходов, которые в настоящее время борются за получение вакцин из развитых стран, смогут производить NDV-HXP-S самостоятельно или приобретать ее по низкой цене у соседей.

Первый этап клинических испытаний завершится в июле, а заключительный продлится еще несколько месяцев.

Как это работает

Вакцины работают, знакомя иммунную систему организма с вирусом и побуждая выстраивать защиту от него. Некоторые вакцины содержат убитые вирусы целиком; другие содержат только вирусный белок, третьи — генетический материал, который побуждает вакцинируемый организм самому начать производство вирусного белка.

После контакта с образцом вируса, или с его частью, иммунная система должна научиться вырабатывать антитела, которые атакуют вирус. Иммунные клетки также могут научиться распознавать инфицированные клетки и уничтожать их.

В случае коронавируса наилучшей мишенью для иммунной системы является белок, покрывающий его поверхность, как корона. Белок, известный как шип, цепляется за клетки, что позволяет вирусу слиться с ними, проникнув внутрь.

Но простая инъекция протеинов коронавируса — не лучший способ вакцинации, поскольку такой способ недостаточно точен при настройке иммунной системы.

Это понимание появилось задолго до пандемии Covid-19. В 2015 году мир уже сталкивался с коронавирусом, вызывавшим смертельную форму пневмонии под названием MERS. Именно тогда Джейсон Маклеллан, биолог из Техасского университета, и его коллеги решили создать вакцину, используя в качестве мишени спайковый белок. Но, как оказалось, шипованный белок меняет форму, когда готовится слиться с клеткой.

Фото: Илана Панич-Линсман

Вскоре выяснилось, что антитела, чувствительные к форме, предшествующей слиянию, эффективно работают против вируса, но антитела формы уже готовой к слиянию не останавливают коронавирус.

Маклеллан и его коллеги использовали стандартные методы для создания вакцины против MERS, но в итоге получили множество бесполезных антител. Затем они открыли способ удерживать белок в форме предшествующей слиянию. Для этого им пришлось заменить два из более чем 1000 строительных блоков в белке на соединение, называемое пролином.

Результирующий спайк, названный 2P, что обозначало содержание в нем двух новых молекул пролина, давал желаемый эффект на мышах, вырабатывая иммунитет против MERS.

Команда подала патент на модифицированный шип, но мир не обратил тогда внимания на их изобретение. Хотя MERS и был смертельно опасен, он оказался не очень заразен: менее 1000 человек умерли от него с тех пор, как он впервые был отмечен у людей.

Но когда в конце 2019 года появился SARS-CoV-2, Маклеллан и его коллеги разработали шип 2P и для него. Все три вакцины, разрешенные в настоящее время в США — от Johnson & Johnson, Moderna и Pfizer-BioNTech — используют спайк 2P, разработанный командой Маклеллана. Его же используют и другие производители вакцин.

Маклеллан и его коллеги не остановились на достигнутом, а продолжили работу с шипованным белком, стремясь найти дополнительные настройки для достижения большего эффекта. В марте группа Маклеллана объединила усилия с коллегами из Техасского университета, Ильей Финкельштейном и Дженнифер Мейнард. В трех лабораториях было создано 100 новых шипов, в каждом из которых был изменен один строительный блок. Перспективные варианты отбирались и объединялись в новые шипы.

Победитель содержал два пролина в спайке 2P плюс четыре дополнительных пролина в других местах белка. Доктор Маклеллан назвал новый спайк HexaPro в честь шести пролинов.

Фото: Техасский университет

Молекулярная структура HexaPro, модифицированной версии белка-шипа SARS-CoV-2, с его шестью ключевыми изменениями, показанными красными и синими сферами.

Структура HexaPro оказалась более стабильной, чем 2P. Кроме того, она лучше противостояла воздействию тепла и вредных химикатов. Доктор Маклеллан надеялся, что вакцины на основе HexaPro достигнут большего числа людей в мире, особенно в странах с низким уровнем доходов, которые до сих пор получали лишь небольшую часть от общего количества вакцин первой волны.

С этой целью Техасский университет заключил лицензионное соглашение для HexaPro, которое позволяет компаниям и лабораториям в 80 странах с низким и средним уровнем дохода использовать белок в своих вакцинах без выплаты лицензионных отчислений.

Удешевить производство

Для производства первой волны разрешенных вакцин против Covid-19 требуются специальные дорогостоящие ингредиенты. Например, вакцина на основе РНК Moderna нуждается в генетических строительных блоках, называемых нуклеотидами, а также в жирной кислоте, изготовленной на заказ, чтобы создать вокруг них пузырь. Эти ингредиенты должны быть собраны в вакцины на специально построенных заводах.

В отличие от этого, для производства противогриппозных вакцин используются куриные яйца в качестве инкубаторов. Во многих странах есть огромные фабрики по производству дешевых прививок от гриппа, где вирусы гриппа вводят в куриные яйца. Яйца производят множество новых копий вирусов. Затем заводские рабочие извлекают вирусы, ослабляют или убивают их, и помещают в вакцины.

Группа биологов из лаборатории Mount Sinai в Нью-Йорке нашла способ использовать такую технологию и для антиковидной вакцины. Для этого был создан синтетический вирус на базе птичьего вируса под названием вирус болезни Ньюкасла, который безвреден для людей. Ранее сходным образом уже была получена вакцина против Эболы: исследователи добавили ген Эбола к собственному набору генов вируса болезни Ньюкасла и внедрили созданный вирус в куриные яйца. Поскольку это птичий вирус, он быстро размножился в яйцах. В итоге исследователи получили вирусы болезни Ньюкасла, покрытые белками Эбола.

Было принято решение внедрить HexaPro Маклеллана в вирус болезни Ньюкасла. Новый вирус, безопасный для человека, но обладавший белками-шипами, способными вызвать иммунный ответ организма, защищающий от коронавируса, и был назван NDV-HXP-S.

Организация PATH, базирующаяся в Сиэттле, организовала производство тысяч доз NDV-HXP-S на вьетнамской фабрике, которая обычно производит вакцины против гриппа в куриных яйцах. В октябре фабрика отправила вакцины в Нью-Йорк для тестирования. Исследователи Mount Sinai обнаружили, что NDV-HXP-S обеспечивает мощную защиту для мышей и хомяков. Но пока еще нет окончательного мнения о том, насколько он применим на людях.

Эффективность вакцины принесла дополнительную пользу: одно яйцо может дать от пяти до 10 прививочных доз NDV-HXP-S по сравнению с одной или двумя дозами противогриппозных вакцин.

Затем PATH связал команду Mount Sinai с производителями противогриппозной вакцины. 15 марта Вьетнамский институт вакцин и медицинских биологических препаратов объявил о начале клинических испытаний NDV-HXP-S. Неделю спустя этому примеру последовала правительственная фармацевтическая организация Таиланда . 26 марта Бразильский институт Бутантана заявил, что запросит разрешение на начало собственных клинических испытаний NDV-HXP-S.

Команда Mount Sinai также выдала мексиканскому производителю вакцин Avi-Mex лицензию на производство вакцины для в виде назального спрея. Компания проведет отдельные клинические испытания, чтобы увидеть, насколько эффективна вакцина в этой форме.

Тем временем доктор Маклеллан вернулся к молекулярной чертежной доске, чтобы попытаться создать третью версию своего шипа, которая будет более эффективна, чем HexaPro.

О чем говорит наличие антител к коронавирусу? Надо ли вакцинироваться от коронавируса, если вы уже переболели?

По материалам The New York Times

Паспорт вакцинации для путешествий: официальная позиция ЕС

Вокруг Света