После этой истории эксперименты с намеренным заражением — быстрый и эффективный способ проверить, эффективна ли вакцина или лекарство, — практиковались в медицине довольно долго. Именно таким способом проверялись вакцины против кори, коклюша, свинки, туберкулеза. Нередко в качестве подопытных врачи использовали членов своих семей, но не менее часто это были заключенные, сироты, пациенты психлечебниц, жители неразвитых стран и другие люди, которые не могли добровольно отказаться от участия в эксперименте. При этом опыты не всегда оканчивались благополучно и некоторые участники умирали, получив дозу возбудителя. Последний раз это случилось в 2001 году, когда женщина-доброволец умерла после экспозиции к агентам, провоцирующим астму. Все эти неприятные подробности, а также возросшая ценность человеческой жизни в современном мире привели к тому, что эксперименты по намеренному заражению практически полностью прекратились. Их иногда проводят для тестирования препаратов от тяжелых заболеваний вроде холеры или малярии — да и то лишь потому, что ущерб от этих болезней в затронутых странах крайне велик, а на случай развития у добровольцев инфекции у нас есть лечение. То есть в соотношении риска и пользы последняя заметно перевешивает.
В истории с коронавирусом польза от экспериментов с намеренным заражением очень велика. С осени в большинстве западных стран вновь начался подъем заболеваемости, некоторые государства закрылись на карантин или готовятся к этому. Рост количества заболевших неизбежно означает рост количества смертей — и чем раньше у нас будет вакцина, тем меньше их будет. Прицельное заражение добровольцев, не входящих в группы риска по тяжелому течению COVID-19, — приемлемая мера, которая позволит максимально быстро протестировать вакцины и убедиться в их эффективности — или неэффективности. Разумеется, участники таких экспериментов должны быть застрахованы, обеспечены лучшим лечением на случай возможного развития осложнений и хорошо проинформированы обо всех рисках. Если взрослые дееспособные люди готовы рискнуть ради науки и спасти тем самым десятки тысяч жизней, этичность запрета на эксперименты с намеренным заражением оказывается под большим вопросом.
Удастся ли за счет всех этих ухищрений получить вакцину к началу 2021 года — неизвестно. Но государства прилагают к этому значительные усилия: например, президент США Дональд Трамп запустил программу Operation Warp Speed (операция «Сверхзвуковая скорость»), в рамках которой разработчики пяти (или больше) самых интересных потенциальных вакцин получат миллиарды долларов бюджетного финансирования. В России подошли к вопросу иначе: сотрудники Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени Гамалеи, где разрабатывается российская вакцина от COVID-19, привили ее себе еще до завершения стадии предклинических испытаний на животных[294]. Сообщалось, что все добровольцы чувствуют себя хорошо, однако неясно, были ли они застрахованы на случай отложенных последствий. При «нормальном» тестировании вакцин, когда людей прививают в рамках официально объявленных клинических испытаний, такая страховка обязательна.
В начале осени 2020 года в разработке находилось больше 200 вакцин-кандидатов. До какой-либо фазы клинических испытаний к этому моменту добралось больше 30. Среди создаваемых препаратов представлены как традиционные, так и совершенно новые типы вакцин. Ниже мы кратко обсудим их преимущества и недостатки.
Типы вакцин
Содержат целые вирусные частицы.
«Мертвая» (инактивированная)
Принцип действия
Вирус SARS-CoV-2, выращенный на культурах клеток и убитый тем или иным воздействием (агрессивные химические вещества, нагревание).
Преимущества и недостатки
«Мертвые» вакцины несложно создавать и не нужно хранить и перевозить в холоде. Фабрики по производству таких препаратов есть во многих странах мира, в том числе развивающихся. Этот тип вакцин используется в ветеринарии, и заводы, производящие вакцины для животных, также можно перепрофилировать под антикоронавирусную вакцину. «Мертвые» вакцины часто высушивают, так как порошок можно хранить и перевозить без холодильника — это огромный плюс с точки зрения логистики, особенно для развивающихся стран. Однако такие вакцины зачастую дают не очень эффективный иммунный ответ: белки убитого вируса могут иметь не совсем ту конформацию (форму), что у живого. Кроме того, убитые вирусы не размножаются, и иммунная система довольно быстро вычищает «трупы», лишаясь возможности выработать по-настоящему специфичное оружие против паразита. По всем этим причинам одного раунда вакцинации недостаточно, а значит, произвести нужно в два, а то и в три раза больше доз. Кроме того, для усиления иммунного ответа часто используют адъювант — вещество, привлекающее внимание иммунной системы. Его тоже нужно подбирать, а это занимает время.
Статус на начало осени 2020 года
Сразу несколько компаний заявили о работе над «мертвыми» вакцинами. Одна вошла в фазу три клинических испытаний.
«Живая» (аттенуированная)
Принцип действия
Выращенный на культурах клеток вирус SARS-CoV-2, который был особым образом ослаблен. Это можно сделать по-разному, но чаще всего вирус заставляют размножаться в неродных для него видах животных или их клетках. Патоген адаптируется к новому хозяину и теряет приспособительные механизмы, необходимые для заражения клеток предыдущего и размножения в них. Иногда вирус дополнительно стимулируют быстрее изменяться при помощи соединений, имеющих противовирусную активность. Однако все три разработчика аттенуированных вакцин от COVID-19, которые начали доклинические испытания, используют более продвинутый способ — деоптимизацию кодонов. Сложное описание этого принципа во врезке.
Как мы обсуждали в главе 2, каждая аминокислота в клетках живых существ кодируется тремя генетическими «буквами» — нуклеотидами. Такие тройки нуклеотидов называют кодонами, и почти на каждую аминокислоту приходится больше одного кодона, причем у разных видов живых существ свои предпочтения по части выбора «любимого» кодона. При синтезе белка рибосома присоединяет к растущей цепи аминокислоты, ориентируясь на антикодон — тройку нуклеотидов на особой транспортной РНК (тРНК), которая поставляет в растущую белковую цепь аминокислоты. Клетка синтезирует тРНК с антикодонами, соответствующими всем вариантам кодонов, однако больше всего в ней тРНК, которые подходят к любимым кодонам этого организма. Если в гене встречается много редких кодонов, рибосома не сможет построить соответствующий ему белок: она будет все время ждать, пока из цитоплазмы приплывет нужная тРНК, и, с высокой вероятностью, отвалится от синтезируемой полипептидной цепи. В геноме вируса, используемого в качестве аттенуированной вакцины от COVID-19, один или несколько генов заменены на аналоги, в которых вместо обычных кодонов вставлены те, что редко используются млекопитающими. В лаборатории модифицированные вирусы могут нормально размножаться, так как ученые подкидывают им необходимые редкие тРНК. В естественной среде — в данном случае ею является организм человека — таких тРНК очень мало, поэтому вирус не может толком синтезировать необходимые ему белки. Он инфицирует клетки и провоцирует реакцию иммунной системы, однако нормально размножаться и заражать соседей не может.
Преимущества и недостатки
Так как вирус в аттенуированной вакцине мало отличается от исходного, такие вакцины дают хороший иммунный ответ. Впрочем, если у ослабленного патогена изменится именно то место, против которого направлены нейтрализующие антитела и Т-клеточный ответ, генерируемой защиты может оказаться недостаточно. Кроме того, ослабленный вирус может мутировать и вернуть себе патогенность. Вероятность этого крайне мала, но не равна нулю. Вирусы с деоптимизированными кодонами лишены этих недостатков, однако, как любые другие живые вирусы, требуют хранения в холоде на всем протяжении — от производства до момента введения. Как вариант, вакцина может быть лиофилизована (высушена), но в этом случае появляется риск ошибки персонала при разведении.
Статус на начало осени 2020 года
Аттенуированные вакцины от COVID-19 создают три компании. Разработки находятся на стадии доклинических испытаний.
Векторные вакцины
Принцип действия
Гены отдельных белков SARS-CoV-2 вставляют в геномы других вирусов (векторов), откуда ученые предварительно вырезали «опасные» гены. Иногда векторным вирусам оставляют гены, ответственные за размножение (реплицирующиеся векторы), иногда нет (нереплицирующиеся).
Преимущества и недостатки
Так как векторная вакцина — это настоящий вирус, который внедряется в клетки и высвобождает свои компоненты (а реплицирующиеся вирусные векторы еще и размножаются), она вызывает не только гуморальный (антительный), но и выраженный Т-клеточный ответ. Пути, приводящие к активации Т-клеток, начинаются именно с детекции фрагментов вирусных белков и нуклеиновых кислот, оказавшихся внутри клеток. Субъединичные вакцины (см. ниже), которые туда не попадают, вызывают преимущественно гуморальный ответ. С другой стороны, векторные вакцины, созданные на основе распространенных вирусов (например, на основе аденовируса), провоцируют иммунный ответ к самим себе: так как организм раньше встречался с настоящими аденовирусами и запомнил их, он немедленно начинает производить антитела к аденовирусным белкам и активировать заточенные специально против них Т-клетки. В результате иммунный ответ на белки SARS-CoV-2 или другого вируса-«пассажира» может оказаться слабее, чем рассчитывают исследователи. Наконец, вирусы, на основе которых сделан вектор, особенно хорошо размножаются в определенных клетках организма, и, попав в тело в виде вакцины, могут найти их и начать создавать новые вирусные частицы. Нецелевое размножение, например в печени, может оказаться опасным