Несмотря на все попытки ученых укротить биологические стихии, многие тайны все же оставались неразгаданными. И об этом людям грозно возвестил коронавирус нового типа, который появился в конце 2019 года. Его происхождение туманно, однако ему уже удалось прочно обосноваться в беззащитном теле человека. И даже когда наука стала постепенно разгадывать многие загадки коронавируса — например, механизмы его распространения, проникновения в клетку и ее уничтожения, — все равно оставалась одна фундаментальная проблема, связанная с пандемией, от решения которой зависит судьба всего человечества: люди вдруг обнаружили, что вакцины, оказывается, способны защитить не от всех вирусов. Могут ли вакцины уберечь нас от коронавируса нового типа?
Теперь мы знаем ответ на этот вопрос: да, могут — теперь можно сказать об этом во всеуслышание. Компании Pfizer и Moderna независимо друг от друга опубликовали предварительную информацию, из которой следует, что эффективность их вакцин составляет более 90 процентов — а это на порядок превышает ожидания многих специалистов. Обе компании пока не предоставили всю подробную информацию, однако к настоящему моменту независимые комиссии по мониторингу клинических испытаний проанализировали полученные результаты, и вот, в скором времени Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) займется тщательной проверкой этих вакцин, чтобы выдать разрешение на их экстренное использование. Если ничего непредвиденного не произойдет, то вполне может быть, что начальные дозы вакцин станут доступны уже в декабре нынешнего года.
Теперь нужно организовать производство вакцин в больших количествах, организовать их доставку в специальных холодильных контейнерах и убедить недоверчивых американцев в необходимости вакцинации — специалисты уже научились решать эти нетривиальные задачи. Ученые справились и с еще одной задачей: к настоящему моменту они создали вакцины против covid-19. Вакцины действуют. Можно облегченно выдохнуть. «Теперь ясно, что благодаря вакцинам мы покончим с пандемией», — говорит вирусолог Канта Суббарао (Kanta Subbarao) из Института Догерти, которая занимается изучением новых вирусов.
Изобретение вакцин против коронавируса, выявленного всего десять месяцев назад, — поистине выдающееся научное достижение. Эти вакцины были разработаны в кратчайшие сроки. Причем на разработку ушли не годы, а месяцы. Практически с того самого дня, как в январе нынешнего года китайские ученые поделились генетической информацией о новом коронавирусе, специалисты приступили к разработке вакцин, которые бы смогли научить иммунную систему распознаванию коронавируса нового типа (на тот момент у него еще не было названия). Чтобы создать вакцину, необходимо было воспользоваться каким-нибудь подходящим фрагментом коронавируса. Большие надежды ученые возлагали на спайковые белки, которые обрамляют внешнюю оболочку этого коронавируса. Вакцины компаний Pfizer и Moderna (как и многие другие вакцины-кандидаты, все еще находящиеся в разработке) как раз и были созданы на основе этих спайковых белков (спайковый белок — это структура в виде отростка на вирусной оболочке; спайки — "шипы", "шиповидные отростки", "пепломеры" — прим.перев.). И, судя по первым успешным результатам, данный подход оказался результативным. Вскоре к финишу подтянутся и некоторые другие вакцины, ведь для того, чтобы провести вакцинацию миллиардов людей по всему миру и положить конец пандемии, специалистам нужно будет задействовать все имеющиеся в мире вакцины.
Но вовсе не случайно и совсем не удивительно, что Moderna и Pfizer оказались первыми. Обе компании сделали ставку на новую и на тот момент еще не доказанную идею использования мРНК (мРНК — "матричная РНК" — прим.перев.), у которой имеется, как нам уже давно обещали, преимущество по скорости действия. Теперь мы видим, что эта идея прошла испытание пандемией и, скорее всего, оказалась плодотворной. Если мРНК-вакцины положат конец пандемии и восстановят нормальную жизнь, то с их помощью будет также открыта новая эра в сфере разработки вакцин как таковых.
Мощь иммунной системы человека удивительна, однако, как известно, без тренировки она не работает эффективно. Вот здесь и нужны вакцины. Они представляют собой, образно говоря, безвредную «фотографию» патогена или же, так сказать, объявление из серии «Их разыскивает полиция», которое заставляет иммунную систему распознавать реальный вирус в случае его проникновения в организм. Обычно, роль такой «фотографии» исполняет ослабленный или же инактивированный вирус, либо какие-нибудь специфические молекулярные фрагменты вируса. Следовательно, производители вакцин должны уметь создавать вирусы и их фрагменты, но для этого требуется много времени и большой опыт — однако ни того, ни другого в эпоху пандемии, вызванной коронавирусом нового типа, толком не хватает.
Вакцина, сконструированная на основе мРНК, — штука довольно-таки необычная. Короче говоря, чтобы создавать вирусы, ученым вовсе не требуется напрягать свои интеллектуальные силы, ведь конструировать вирусы неплохо умеет и само человеческое тело. Итак, при попадании в организм коронавирус производит, образно говоря, «вооруженный захват» клеточного механизма, после чего коронавирус превращает клетки в миниатюрные фабрики, которые начинают штамповать вирусные частицы в огромных количествах. Но мРНК-вакцина превращает низкую степень защищенности клетки из недостатка в преимущество. И действительно, а что, если обмануть клетку, заставив ее продуцировать безвредный, но хорошо распознаваемый вирусный белок? На эту роль хорошо подходит спайковый белок коронавируса, а инструкцию по его генерированию можно упаковать в генетическом материале, который называется мРНК.
Обе вакцины (и та, что произведена компанией Moderna, и вторая вакцина, созданная в результате сотрудничества между Pfizer и небольшой немецкой компанией BioNTech) содержат слегка модифицированную мРНК спайкового белка, заключенную внутри крошечного защитного пузырька жира. Клетки человека захватывают такой пузырек, а затем просто следуют инструкциям по созданию спайкового белка. Затем клетки начинают продуцировать эти белки, а после этого — знакомить с этими безобидными белками иммунную систему. В свою очередь, иммунная система опознает эти вирусные белки как чужеродные и начинает создавать инструментарий, готовясь к борьбе с настоящим вирусом, у которого имеется на оболочке такой же спайковый белок.
Вся эта процедура хорошо имитирует стадии заражения, превосходя тем самым некоторые традиционные вакцины. Всё это позволяет предположить, что мРНК-вакцины способны вызвать более эффективный иммунный ответ при некоторых заболеваниях. При введении вакцины, изготовленной на основе инактивированных вирусов или вирусных фрагментов, последние не могут попасть внутрь клетки, а клетка не может ознакомить с ними иммунную систему. Эти вакцины по-прежнему способны приводить к выработке белков, называемых антителами, способными обезвреживать вирус, однако им труднее стимулировать выработку Т-клеток, которые представляют собой еще один важный элемент иммунного ответа (ослабленные вирусы, используемые в вакцинах, способны проникать внутрь клеток. Однако всегда существует риск того, что они могут привести к настоящему инфицированию. В отличие от них, мРНК-вакцины к инфицированию не приводят, поскольку в них не содержится весь вирус.) Кроме того, инактивированные вирусы или вирусные фрагменты исчезают из организма в течение дня, однако мРНК-вакцины продолжают вырабатывать спайковый белок еще в течение двух недель, — эту информацию нам сообщил иммунолог Дрю Вайссман (Drew Weissman) из Пенсильванского университета, чьи исследования мРНК-вакцины были залицензированы компаниями BioNTech и Moderna. Чем дольше продержится спайковый белок в организме, тем эффективнее иммунный ответ.
Только что мы описали механизм действия мРНК-вакцины с точки зрения теории. Но никто на всем земном шаре вплоть до прошлой недели не знал, способна ли эта вакцина в организме человека на практике противостоять вирусу, вызывающему covid-19. Несмотря на тот факт, что еще до пандемии учеными были созданы прототипы других мРНК-вакцин, данная технология все еще оставалась нетривиальной. Никто не проводил широкомасштабных клинических испытаний мРНК-вакцин. А иммунная система человека, понятное дело, сложна и непредсказуема. Как писал мой коллега Эд Йонг (Ed Yong), в иммунологии интуиция исчезает, ведь вакцина иной раз способна даже усугубить болезнь. Данные широкомасштабных клинических испытаний, проведенных компаниями Pfizer/BioNTech и Moderna, являются первым реальным доказательством того, что вакцины, изготовленные на основе мРНК, именно защищают организм — ни больше ни меньше. Ожидания специалистов подтвердились. На протяжении многих лет, в течение которых исследования мРНК-вакцины прошли незамеченными, специалисты продолжали надеяться, что в условиях пандемии эта технология в конечном итоге быстро принесет свои плоды. И теперь это произошло.
«Теперь можно вздохнуть с облегчением, — говорит вирусолог Барни Грэм (Barney Graham) из Национальных институтов здоровья, который участвовал в разработке спайкового белка для вакцины компании Moderna. — Чтобы получилось все как надо, необходимо было решить множество задач и сделать еще много чего. Пришлось поволноваться: а вдруг я делаю что-то неправильно?» Для Грэма эта вакцина стала наградой за многие годы напряженной работы, которая велась еще задолго до появления нынешнего коронавируса. Грэм и его коллеги осознали важность функций спайкового белка, имевшегося в одном из других вирусов (в респираторно-синцитиальным вирусе), и выяснили, как сделать этот белок более стабильным и, следовательно, подходящим для вакцин. Его модификация присутствует в вакцинах Pfizer/BioNTech и Moderna, а также в других перспективных вакцинах-кандидатах.
Замечательная эффективность вакцин этого типа (при условии, что предварительные результаты подтвердятся) также, вероятно, связана с выбором спайкового белка в качестве мишени для вакцины. С одной стороны, благодаря научным исследованиям, проведенным Грэхемом и другими учеными, специалисты оказались готовы использовать спайковый белок. С другой стороны, спайковый белок коронавируса — это хорошее решение. Три отдельных элемента иммунной системы — антитела, хелперы и Т-киллеры — все они реагируют на данный спайковый белок, чего не происходит с большинством вирусов.
Здесь нам повезло. «Имеются три ключевых уровня защиты», — говорит Алессандро Сетте (Alessandro Sette). Сетте и его коллега-иммунолог Шейн Кротти (Shane Crotty) из Института Ла-Хойи обнаружили следующее: пациенты, страдавшие от covid-19, чья иммунная система способна реагировать на спайковый белок на всех трех уровнях защиты, как правило, лучше всех других шли на поправку. Нас всегда обнадеживал тот факт, что большинство пациентов могут вылечиться от covid-19; а это значит, что для запуска иммунной системы необходимо было создать вакцину, которая бы смогла уничтожить коронавирус. Однако окончательных доказательств эффективности вакцины от covid-19 не существовало. «Самая лучшая проверка — это третья фаза клинических испытаний, — говорит Кротти. — Пока не проведут вакцинацию, нельзя предсказать, как именно поведет себя вакцина, поскольку и вирус, и иммунная система очень сложно устроены».
Эксперты надеются, что продолжающиеся сейчас испытания дадут, наконец, ответы на некоторые вопросы, касающиеся вакцин против covid-19. Например, Рут Каррон (Ruth Karron), директор Центра исследований иммунизации Университета Джона Хопкинса, задает следующий вопрос: что делает вакцина — снимает симптоматику или же препятствует распространению вируса? Как долго будет держаться иммунитет? Насколько эффективно вакцина от коронавируса будет защищать пожилых людей, у многих из которых возникает ослабленная реакция на вакцину против гриппа? Как уверяет Pfizer, на сегодняшний день созданная ею вакцина против коронавируса, похоже, способна эффективно защитить пожилых, и это приятно слышать, поскольку пожилые люди особенно уязвимы перед covid-19.
В ходе клинических испытаний проводится тестирование еще нескольких других вакцин, созданных на основе спайкового белка. При этом специалисты используют целый ряд различных технологий изготовления вакцин, включая ослабленные вирусы, инактивированные вирусы, вирусные белки и еще одну довольно новую технологию под названием ДНК-вакцины. Никогда еще компании не проводили тестирование столь большого количества разных типов вакцин, предназначенных для борьбы с одним и тем же вирусом; возможно, что благодаря этому ученые получат какую-то новую информацию о вакцинах в целом. Теперь у нас, как заметил Алессандро Сетте, получен спайковый белок, который доставляется различными способами. Возможно ли изменение характера действия вакцин? Будет ли каждая из них стимулировать различные элементы иммунной системы? И какие из этих элементов лучше всего защищают от коронавируса нового типа? Пандемия дает специалистам возможность сравнить разные типы вакцин.
Если упомянутые нами две мРНК-вакцины и дальше будут столь же эффективными, какими они кажутся на первый взгляд, то их успех, вероятно, откроет перед нами целый новый мир — сообщество мРНК-вакцин. В настоящее время ученые уже проверяют действие вакцин этого типа против таких вирусов, как вирус Зика и цитомегаловирус (напомним, что против этих вирусов никаких вакцин еще не появилось). Кроме того, специалисты работают над созданием более совершенных модификаций уже существующих вакцин, например, вакцин против гриппа.
Возникает еще одно направление — создание индивидуализированных мРНК-вакцин, способных мобилизовать иммунную систему на борьбу с раком.
Однако на протяжении следующих нескольких месяцев специалисты будут пристально изучать один потенциальный недостаток мРНК-вакцин — их чрезвычайная неустойчивость. Дело в том, что молекула мРНК по своей природе нестабильна, поэтому ее необходимо упаковать в защитный пузырек жира, называемый липидной наночастицей. Но сама липидная наночастица чрезвычайно чувствительна к температуре. Для более длительного хранения вакцины Pfizer/BioNTech должны храниться при температуре —70 градусов по Цельсию, а вакцины производства Moderna — при —20 по Цельсию (они способны храниться и при более высоких температурах, правда, в течение более короткого времени). Компании Pfizer/BioNTech и Moderna заявили, что к концу нынешнего года они смогут в совокупности предоставить достаточное количество доз для вакцинирования 22,5 миллиона человек в Соединенных Штатах.
Справедливое и беспрепятственное распространение ограниченного количества вакцин создаст серьезные политические и логистические проблемы, особенно с учетом того, что в настоящее время мы наблюдаем, как непросто происходит передача власти в Вашингтоне от одной администрации к другой. Вакцина — это научное достижение, однако последние восемь месяцев нам ясно показали, что вопрос о борьбе с пандемией затрагивает не одну только науку. Организация поставок оптимального количества тестов и средств индивидуальной защиты, оказание экономической помощи, а также информирование о рисках заражения covid-19 — решение всех этих задач вполне доступно человеческому разуму, однако правительство США с ними не справилось.
Сама по себе вакцина против коронавируса не способна снизить заболеваемость covid-19 нынешней осенью и даже спасти многих и многих людей, которые к Рождеству могут умереть. Однако уже сам факт появления такой вакцины вселяет надежду на то, что нынешняя пандемия в конечном итоге закончится. С инфекцией мы сейчас боремся, как правило, с помощью масок и социального дистанцирования, однако любую инфекцию в конечном итоге можно побороть с помощью вакцин.