Возможно, наступит день, когда разработчики и предприниматели смогут использовать домашние тест-наборы в качестве платформ для создания различных биомедицинских приложений, помогающих обнаружить вирусы, диагностировать заболевания, исследовать микрофлору, а также проводить онкологические обследования, анализы пищевой ценности и генетические анализы. “Мы можем позволить людям прямо у себя дома проверять, не больны ли они гриппом и даже обычной простудой, – говорит Чжан. – Если у ребенка заболит горло, они смогут определить, не ангина ли это”. И еще, пожалуй, это поможет нам немного лучше понять, как работает молекулярная биология. Внутренняя кухня молекул для большинства людей, вероятно, останется тайной, как и специфика работы микросхем, но все мы хотя бы сможем чуть глубже прочувствовать, насколько красивы и эффективны обе системы.
Дарья Данцева, Джосайя Зайнер и Дэвид Айши вводят себе собственную вакцину
Глава 53. Вакцины
“Смотрите мне в глаза”, – велела врач, глядя на меня из-за пластикового защитного щитка. Ее глаза были пронзительно голубыми, почти такими же, как и ее маска. И все же я вскоре повернулся к врачу слева, который вводил длинную иглу глубоко в мышцы моего плеча. “Нет! – услышал я от первого врача. – Смотрите на меня!”
Затем она объяснила, в чем дело. Поскольку я принимал участие в двойном слепом клиническом исследовании экспериментальной противокоронавирусной вакцины[524], врачам нужно было удостовериться, что я не имею представления о том, какой получаю препарат – настоящую вакцину или плацебо из физраствора. Мог бы я понять это, если бы просто взглянул на шприц? “Вероятно, нет, – ответила она, – но лучше не рисковать”.
Начался август 2020 года, и меня привлекли к участию в клиническом исследовании вакцины от коронавируса, разрабатываемой Pfizer в партнерстве с немецкой компанией BioNTech. Это была вакцина нового типа, который не использовался никогда прежде. В ней, в отличие от традиционных вакцин, содержались не деактивированные компоненты вируса-мишени, а фрагменты его РНК.
Как вы уже знаете, РНК – это нить, которая тянется сквозь всю карьеру Даудны и эту книгу. В 1990-х годах, пока другие ученые занимались ДНК, Джек Шостак, научный руководитель Даудны из Гарварда, посоветовал ей обратить внимание на менее известную, но более трудолюбивую сестру ДНК, которая отвечает за формирование белков, выступает в качестве направляющей для ферментов, обладает способностью к самовоспроизводству и, вероятно, является основой всей жизни на земле. “Я не перестаю восхищаться тем, что РНК умеет столь многое, – призналась Даудна, когда я рассказал, что участвую в клиническом исследовании РНК-вакцины. – Это генетический материал коронавируса, и он может весьма любопытным образом стать основой для вакцин и лекарственных препаратов”[525].
Вакцины работают, стимулируя иммунную систему человека. В организм пациента вводится субстанция, напоминающая опасный вирус (или любой другой патоген[526]). Эта субстанция может представлять собой деактивированный вирус, безопасный фрагмент вируса или генетические инструкции для создания этого фрагмента. Задача заключается в том, чтобы подстегнуть иммунную систему человека. Если все получается как надо, организм вырабатывает антитела, которые впоследствии защищают его от инфекции при атаке настоящего вируса, порой даже на протяжении многих лет.
Первые прививки в 1790-х годах предложил английский врач Эдвард Дженнер, заметивший, что многие доярки обладают иммунитетом к оспе. Как выяснилось, они заражались коровьей оспой, которая не опасна для человека. Дженнер предположил, что коровья оспа дала дояркам иммунитет к натуральной. Он взял немного гноя из пузырька, появившегося из-за коровьей оспы, поцарапал руку восьмилетнему сыну своего садовника, втер гной в царапины, а затем (в те годы дискуссии о биоэтике еще не начались) привил мальчику натуральную оспу. Тот не заболел.
Существует целый ряд способов стимулировать работу человеческой иммунной системы с помощью вакцин. Один традиционный подход состоит в том, чтобы ввести в организм ослабленный и безопасный (аттенуированный) вариант вируса. Такие вакцины становятся прекрасными учителями для иммунной системы, поскольку содержащийся в них вариант весьма похож на натуральный. Организм реагирует, вырабатывая антитела для борьбы с вирусом, и иммунитет к нему может сохраняться всю жизнь. В 1950-х годах Альберт Сейбин применил этот подход для создания оральной вакцины от полиомиелита, и теперь мы пользуемся им для борьбы с корью, свинкой, краснухой и ветрянкой. На разработку и подготовку таких вакцин уходит много времени (вирусы приходится инкубировать в куриных яйцах), но некоторые компании в 2020 году взяли этот метод на вооружение в качестве долгосрочного варианта для борьбы с коронавирусом.
Пока Сейбин пытался создать ослабленный вирус полиомиелита для вакцинации, Джонас Солк добился успеха, сделав ставку на несколько более безопасный подход: он решил использовать деактивированный вирус. Вакцина такого типа тоже может научить иммунную систему человека бороться с живым вирусом. Пекинская компания Sinovac применила этот подход для разработки одной из первых противокоронавирусных вакцин.
Другой традиционный подход заключается в том, чтобы ввести в организм фрагмент вируса, например один из белков с его оболочки. Иммунная система запомнит его и позволит организму сформировать быстрый и надежный ответ на случай столкновения с настоящим вирусом. Например, так работает вакцина против вируса гепатита B. Вакцины, использующие лишь фрагмент вируса, безопаснее в использовании и проще в производстве, но обычно они не так хорошо справляются с выработкой долгосрочного иммунитета. Взявшись за создание вакцин в 2020 году, многие компании сделали ставку на этот подход и стали искать способы вводить в клетки человека белок, который формирует шипы на поверхности коронавируса.
Скорее всего, печальный 2020 год запомнится как время, когда на смену традиционным стали приходить генные вакцины. Вместо того чтобы вводить в организм человека ослабленный вариант или часть опасного вируса, вакцины нового типа доставляют в клетки человека ген или фрагмент генетического кода, который содержит инструкции для самостоятельного производства компонентов вируса. Цель состоит в том, чтобы эти компоненты стимулировали работу иммунной системы пациента.
Для этого можно взять безвредный вирус и внедрить в него ген, который будет производить необходимый компонент. Как мы все теперь знаем, вирусы мастерски умеют проникать в клетки человека. Именно поэтому безвредные вирусы можно использовать в качестве курьеров, или векторов, для транспортировки материала в клетки пациентов.
Такой подход позволил разработать одну из первых экспериментальных вакцин, созданную в весьма удачно названном Институте Дженнера при Оксфордском университете. Генетически перестроив безвредный вирус – аденовирус, вызывающий простуду у шимпанзе, – ученые добавили в него ген для создания белка-шипа коронавируса. В подобных вакцинах, разработанных в 2020 году другими компаниями, использовался аденовирус человека. Так, в вакцине Johnson & Johnson аденовирус человека доставлял в организм ген, кодирующий инструкции для создания фрагмента белка-шипа. Но оксфордская команда выбрала аденовирус шимпанзе, поскольку пациенты, перенесшие простудные заболевания, могли обладать иммунитетом к аденовирусу человека.
Как оксфордская вакцина, так и вакцина Johnson & Johnson делали ставку на то, что отредактированный аденовирус проникнет в клетки человека и инициирует производство большого количества белков-шипов. Это, в свою очередь, подтолкнет иммунную систему человека к выработке антител, и тогда она окажется подготовлена к тому, чтобы быстро реагировать при атаке настоящего коронавируса.
Ведущим исследователем в Оксфорде была Сара Гилберт[527]. В 1998 году, когда у нее раньше срока родилась тройня, ее муж взял на работе отпуск, чтобы позволить ей вернуться в лабораторию. В 2014 году Гилберт участвовала в разработке вакцины от ближневосточного респираторного синдрома (БВРС), в которой использовался отредактированный аденовирус шимпанзе, куда был добавлен ген белка-шипа. Тогда эпидемия сошла на нет, прежде чем ее вакцину ввели в оборот, но это дало Гилберт фору при появлении нового коронавируса. Она знала, что аденовирус шимпанзе прекрасно справлялся с доставкой в организм человека гена для создания белка-шипа БВРС. Когда в январе 2020 года китайцы выложили в интернет генетическую последовательность нового коронавируса, она сразу принялась вставлять в аденовирус шимпанзе ген его белка-шипа, изо дня в день поднимаясь в четыре утра.
К тому времени ее тройняшкам исполнился двадцать один год, и все они изучали биохимию. Они вызвались первыми получить вакцину и проверить, появятся ли у них антитела. (Они появились.) Испытания на обезьянах, проведенные в марте в центре по изучению приматов в Монтане, также дали многообещающие результаты.
На первых порах финансирование предоставлял Фонд Билла и Мелинды Гейтс. Билл Гейтс также настоял, чтобы оксфордская команда вступила в партнерство с крупной компанией, которая возьмет на себя производство и распространение вакцины, если она окажется действенной. В результате Оксфорд выбрал в партнеры британско-шведскую фармацевтическую компанию AstraZeneca.
Существует и другой способ доставить генетический материал в клетку человека и подтолкнуть ее к производству компонентов вируса, способных стимулировать иммунную систему. Вместо того чтобы вставлять ген компонента в вирус, можно просто доставить в клетки человека генетический код компонента в виде ДНК или РНК. Так клетки превратятся в установки по