Как происходит разработка вакцины, какие нюансы должны учитывать ученые и от чего зависит, насколько быстро человечество сможет раз и навсегда защитить себя от чумы XXI века? На эти вопросы ИА REGNUM ответил CEO компании ММТ и сервиса «Онлайн Доктор» Денис Юдчиц, также имеющий за плечами несколько лет работы в одной из крупнейших фармацевтических компаний США, в которой он занимался разработкой вакцин в отделе микробиологии и иммунологии.

Иван Шилов ИА REGNUM
Вакцина

Лидер инвестиций

Мировые лидеры понимают, насколько сейчас важно вкладывать средства в создание медикаментов по борьбе с COVID-19. Так, в июле США инвестировали 1,6 млрд долларов в исследования лидера фармацевтики Novavax, который занимается разработкой вакцины от коронавируса. Компания планирует выпустить 100 млн доз к началу 2021 года. Эти инвестиции являются частью выделенной на медицинские эксперименты пятимиллиардной системы грантов. Большая часть средств будет потрачена на ПЦР-тесты и тесты на антитела, а также всё, что связано с выявлением вируса. Кроме того, в США есть компании, которые создают лекарство от коронавируса: им выделили 9 млрд долларов.

В гонке за разработку вакцины от COVID-19 участвуют почти все страны и мировые лидеры отрасли. Кто на какой стадии находится и у кого есть шанс первым представить вакцину века?

IAEA Imagebank
Борьба с коронавирусом. Лаборатория в Австрии

5 стадий разработки вакцины

В целом разработка вакцин делится на 5 стадий: доклинические испытания, потом 3 фазы тестирования в клинике и утверждение регулятором, после которого происходит передача вакцины в производство и логистику. Любое исследование занимает годы тестирования на эффективность и безопасность.

Что касается коронавируса, то на текущий момент в разработке около 125 вакцин находятся на этапе доклинических испытаний. На первой стадии сейчас 14 кандидатов (в их числе институт имени Гамалеи в Москве), на второй — 10, на третьей — 4. Одна вакцина с ограниченным действием уже находится на этапе утверждения. К работам по созданию вакцины от коронавируса приступили в январе, именно тогда начали разбирать геном вируса. В марте первые разработки начали тестировать на безопасность на людях. Пока неясно, как быстро мы придем к последней фазе, потому что непонятно до конца, как иммунная система будет вырабатывать защитные механизмы и насколько вакцина будет эффективна.

Разберем подробнее каждую стадию разработки вакцины. На этапе доклинических испытаний вакцины тестируются на животных — мышах или обезьянах. Очень часто то, что как реагирует иммунная система животных, нельзя применять напрямую к людям. Поэтому обязателен следующий этап — испытания на человеке. Вакцину дают небольшой группе людей, тестируют разные дозы и делают выводы, при каких дозах вырабатываются антитела. Во второй фазе уже тестируют на сотнях людей. Как правило, их разделяют на несколько групп: дети, взрослые, пожилые. Это позволяет понять, как работает вакцина для разных групп. На третьей фазе эффективность вакцины финально проверяют на тысячах людей. При этом одной части тестируемых дают реальную вакцину, другим — плацебо. Эффект плацебо очень сильный, и до конца он в науке не изучен. Ни врачи, ни пациенты не знают, кому что попадается. После этого сторонний специалист собирает все данные и анализирует их. На последней стадии, как уже упоминалось, проходят испытания регулятором. Дальнейшая судьба вакцины зависит от политической воли страны.

В США существует еще такое понятие, как warp speed — это когда тестируется несколько вакцин одновременно и проект финансируется государством. Также иногда несколько фаз разработки, например, первую и вторую, комбинируют, чтобы быстрее выпустить вакцину.

Naval Surface Warriors
Вакцинация

6 типов вакцин

Важно знать, что существует несколько разных подходов к разработке вакцин.

Вирус сам по себе — это не живой организм. Вирус захватывает нашу клетку и в ней мультиплицируется. То есть когда вирус попадает в организм человека, он ищет свою первую жертву-клетку, а потом внедряет в нее свой генетический материал, который зашифрован не в ДНК, как у нас, а в РНК. И этот геном начинает мультиплицироваться: капсула вируса прикрепляется протеинами к клетке в организме и начинает размножаться. У коронавируса эти протеины называются Spike Proteins. Обозначим, к примеру, что геном коронавируса состоит из 30 тысяч — назовем их условно — букв. Для сравнения, в геноме человека — примерно 3 млрд букв. Генетический материал вируса маленький, но очень вредный. На данный момент ученые выделили 29 протеинов, которые участвуют в мультипликации вируса и внедрении его в нашу клетку.

Первый подход — Whole Virus. Ученые берут реальный вирус и искусственно его убивают или снижают его активность до такой степени, чтобы он не мог провоцировать заболевание, но в то же время мог вызывать иммунный ответ. Обычно их растят в куриных яйцах или других растворах, которые схожи по составу с живым организмом. Там есть белки, которые позволяют вирусам питаться. Убитый или измененный вирус закладывают в вакцину. Так делают вакцины против ветрянки, краснухи, кори и свинки. Это один из самых распространенных подходов. Им сейчас занимается биологический институт в Ухане — находится в фазе 3. А также еще один китайский университет находится на 2-й стадии.

Второй вид — генетическая вакцина, в которой используется часть генетического кода вируса. Внутри капсулы вируса есть его генетический код (ДНК), который отвечает за его размножение. Из этого ДНК вырезается только та часть вируса, которая ответственна за создание находящихся на поверхности Spike Proteins. Затем ученые искусственно программируют ДНК и делают из него вакцину. Потом, при попадании в организм, иммунная система человека должна распознать вирус. Это создает иммунную память на протеины-возбудители. На текущий момент нет генетической вакцины, которая работала бы на людях, их используют только в ветеринарии.

По такому пути для разработки вакцины от коронавируса пошла компания «Модерна»: они находятся на второй фазе клинических испытаний и планируют в июле этого года перейти в третью. Ориентировочно вакцина будет готова в начале 2021 года. Также немецкая компания Buy&Tech в коллаборации с «Файзером» находятся на стадии 1−2 и планируют до конца 2020 года выпустить вакцину, а в 2021 ввести ее в массовое потребление.

Следующий тип — это РНК, переводчик нашего ДНК в конечный продукт — протеины. РНК выступает посредником между ДНК вируса и нашим организмом. Чтобы создать такую вакцину, нужно взять РНК вируса и запрограммировать его на создание прототипа Spike Protein, защищающего от вируса, внутри клетки человека. Когда вакцина вводится в организм, при заражении вирусом у пациента разрабатываются антитела, которые этот вирус убивают. Преимущество такого типа вакцин в том, что они могут быть довольно быстро произведены. Этот вариант выбрал Имперский колледж Лондона, который разрабатывают РНК-вакцину вместе с производителем Morning Site и планирует выпустить ее до конца года.

Момент прикрепления коронавируса к рецептору клетки сцепка S белка «короны» вируса и рецептора

И ДНК, и РНК-подходы одинаково сложные, но за ними будущее. Эти два способа позволят в дальнейшем быстрее и в больших количествах находить решение для новых угроз здоровью человека.

Четвертый тип называется «вирусный вектор». Разрабатывать такие вакцины впервые начали в 90-х годах. Ученые тогда задались вопросом: как внедрить ген ДНК вируса в организм человека, чтобы, с одной стороны, запустить иммунную систему, а с другой — сделать это безопасно? Подход заключается в том, что мы берем какой-то другой вирус — demo virus — и вместе с ним внедряем нужный нам генетический вирус, который отвечает за Spike Proteins. То есть нужно вырезать часть другого вируса, соединить его с ковидом, всё это упаковать в вакцину и ввести в организм человека. Так как у вируса вырезан ген, который помогает ему размножаться, получается, что вирус безопасен. Этот подход успешно использовала компания Johnson&Johnson при создании вакцин от HIV и Эболы. Эти вакцины сейчас находятся на третьей стадии.

Вакцину от коронавируса по типу «вирусного вектора» создают «Астразенека» и университет Оксфорда (они находятся на стадии 2−3). Вакцина будет использоваться в ограниченных количествах, а выпустить ее планируют уже в октябре. Также китайская компания «Кэнсирбай», разрабатывающая вакцину совместно с военным китайским университетом, находится на стадии ограниченного подтверждения. «Вирусный вектор» выбрал и российский институт им. Гамалеи, поддерживаемый Минздравом. Вакцина института сейчас в фазе доклинических испытаний.

Пятый способ — создание вакцины на основе протеинов. В этом случае берется только поверхность вируса (то есть протеин), который затем упаковывается в вакцину, а она, в свою очередь, создает иммунный ответ в организме. Таким образом предотвращается, например, папилломавирус.

И последний, шестой вариант — рекомбинантная вакцина. Для ее создания используются дрожжи или другие схожие организмы. Их модифицируют, добавляя туда генетический материал вируса, ответственный за другие его части. То есть дрожжи соединяются с вырезанным Spike Protein, затем вирус искусственно выращивается, а потом опять же упаковывается в вакцину. Такой подход — второй по популярности после первого. Рекомбинантные вакцины используют против гепатита, например.

Лаборатория

Мутация вируса — невыполнимая задача для вакцины?

Очень много дискуссий сейчас посвящено тому, будет ли коронавирус мутировать и как с его изменениями справится вакцина. Есть два сценария — оптимистичный и пессимистичный.

Оптимистичный подход утверждает, что вирус не сможет спрятаться от вакцины. Передаваясь от человека к человеку, он мутирует, и в его геноме появляются изменения. Но большинство мутаций мало влияют на физиологию вируса: на его основные функции и на то, как работает наша иммунная система и как наши антитела убивают вирус. Поэтому в первую очередь медики наблюдают за изменениями, которые повлияют на присоединение антител к вирусу. На данный момент каких-то значимых изменений не было.

Любые вирусы мутируют. Например, корь меняется постоянно, но вакцина, которая была разработана в 1950-х гг., по-прежнему эффективна. То есть большинство мутаций незначительны и, как правило, не приводят к изменению действия вакцины.

Что касается коронавируса, пока все испытания вакцин были проведены в лаборатории, и их результаты могут сильно отличаться от клинических испытаний на людях. Чтобы ускорить этот процесс, ученые начали разработку квантовых компьютеров, которые могут обрабатывать очень большое количество данных и искусственно создавать сложные модели — такие, как наш организм, и предполагать, насколько эффективным будет лекарство. Но эта сфера сейчас только развивается, для нее требуются большие вычислительные возможности.

По второму сценарию, пессимистичному, со временем вакцина может снизить свое действие. Если мутируют участки вируса, к которым прикрепляются антитела, чтобы его убить, то как раз они могут привести к изменению работы вакцины. Мы можем выработать иммунитет, но через какое-то время эти участки вируса изменятся настолько, что образуется его новый подвид: из straight A вирус превратится в straight B. Если мы делаем вакцину для straight A, а потом получаем straight B, то вакцина уже не поможет. Так постоянно происходит с традиционным вирусом гриппа: каждый год он настолько изменяется, что вакцины нужно постоянно дорабатывать. Нет такой вакцины от гриппа, которая всё время бы работала.

Дарья Антонова ИА REGNUM
Прививка от гриппа

Сейчас известно около 11 мутаций, но пока никто не знает, как они будут себя вести. Среди них есть вид Spike Protein D614G, который может влиять на изменение механизма антител. Неясно, произошла ли эта мутация еще в Китае, или тогда, когда вирус начал распространяться по миру. Не было корреляции изменения работы в протеине в искусственной среде, поэтому рано делать какие-то выводы. Однозначно сказать, как сильно будет мутировать вирус, нельзя. Нам остается только ждать.

Подведем итог. Скорость разработки вакцины от коронавируса зависит от трех факторов: от выбранного подхода, реакции государства и мутации COVID-19. Вполне возможно, что сложившая ситуация ускорит развитие медицины, и такие сложные виды, как ДНК и РНК-вакцины, наконец начнут применяться для защиты человека от опасных вирусов.

Будет ли вторая волна?

Возвращение коронавируса зависит от нескольких факторов.

Во-первых, существует такой феномен, при котором у выздоровевших людей после болезни вирус не был активен во время тестирования, но потом они снова заболевали. Впервые феномен повторного заражения начал проявляться в Корее. От 5% до 10% людей, переболевших коронавирусом, снова заболевали. Вопрос в том, почему это происходит. Самое распространенное объяснение: человек, переболев, заражается повторно. Но эксперты говорят, что это, скорее всего, не так.

Дело в том, что тесты, которые сейчас проводятся, недостаточно чувствительны, чтобы определить разницу между активной и остаточной инфекцией. Когда иммунная система убивает вирус, остается генетический мусор. При ПЦР-тесте этот генетический материал может показать, что у тебя положительный результат, хотя это не так. Сейчас вместе с ПЦР-тестом стали делать дополнительные тесты на реактивный белок, серотонин и брать клинический анализ крови. Эти данные более точно показывают наличие процессов инфекции внутри организма. Через 7−10 дней можно сдавать тест на антитела, который поможет понять, начала ли иммунная система бороться с вирусом.

Павел Соболев ИА REGNUM
Заболевший коронавирусом в палате

К неправильным результатам может привести и то, что вирус присутствует в организме планомерно. Вирус то скрывается, то появляется заново: симптомы сначала ослабевают, а потому усиливаются снова. Такое случается с ветрянкой и герпесом.

Во-вторых, как уж говорилось, вирус может мутировать. В таком случае человек просто заражается другим штаммом ковида, которым он не болел до этого.

Таким образом, вторая волна будет зависеть от того, будет ли вирус мутировать, от точности тестов, а также от соблюдения мер безопасности. Победим мы вирус или нет — зависит от каждого из нас.