Серотип вируса что это простыми словами
Вакцинация века: из чего сделана российская прививка от коронавируса и как она действует
Главный эпидемиолог Мордовии Михаил Чумаков разложил на «винтики» «Спутник V»
22 декабря в паблике «Столицы С» во «ВКонтакте» прошла онлайн-трансляция с главным эпидемиологом республики Михаилом Чумаковым на тему предстоящей массовой вакцинации от коронавируса. Излагаем основные тезисы увлекательной беседы.
Из чего сделан «Спутник V»
— Как только стало понятно, что мир имеет дело с пандемией нового вируса, началась битва за вакцину. Понятно, что у кого первого появится препарат, тот и будет «заказывать музыку». Каждая компания-разработчик пошла своим путем. Российский институт Гамалеи выбрал уже проверенную технологию, которую ранее отработал на вакцине против Эболы. Задача была следующей: доставить в наш организм «шип» из «короны» SARS-Cov‑2 — ген белка, на который мы начнем вырабатывать антитела. То есть не сам вирус и не убитую его часть, а просто белковый ген, на который наш организм среагирует, как на чужеродное тело, и начнет вырабатывать армию антител. Понятно, что заболеть коронавирусом без присутствия возбудителя как такового невозможно. В этом плане вакцина абсолютно безопасна. Но белок сам не проникнет в наш организм. Тут нужен доставщик, который принесет его прямо в клетку. Как правило, в роли «почтальона» выступает другой вирус, причем не тот, на который у человека давно выработан иммунитет (в таком случае антитела начнут его атаковать и он не сможет доставить «посылку» до «адресата»), а тот, на который иммунный ответ мы еще не выработали. Для этого разработчики вакцины «наняли» аденовирус (предварительно «покромсав» его на безопасные частички) двух серотипов — 26 и 5 — и из каждого создали отдельный компонент вакцины. С первым штаммом аденовируса мы если и встречаемся по ходу жизни, то достаточно редко, а со вторым почти никогда. Так что шанс доставить белок коронавируса в клетку — выше 90 %. Поэтому вакцина «Спутник V» состоит из двух компонентов, которые вводят с разницей в 21 день. Если у человека есть иммунитет к 26-му серотипу аденовируса, то уж 5-й серотип точно выполнит свою работу и доставит «посылку» с геном коронавирусного белка до клетки, и организм отреагирует выработкой антител. Считается, что иммунная защита полностью формируется на 42-й день после введения первой дозы препарата.
Но всегда есть те 5–10 % людей с антителами к обоим штаммам аденовируса, тогда, возможно, они не дадут иммунного ответа на вакцину или дадут, но слабый. Больше всего таких — среди пожилых, которые за свою жизнь чем только не переболели. Но по последней информации, вакцина «Спутник V» показала эффективность свыше 90 % для пациентов старше 60. Это очень хороший результат. У британской «АстраЗенеки» — чуть выше 70 %.
Каких реакций и осложнений стоит ожидать от вакцины «Спутник V»
— Сколько раз говорил и еще раз скажу: здесь важно отличать реакцию на вакцину, которую предусматривает разработчик, от поствакцинальных осложнений. Как сказано в инструкции к препарату, чаще других могут развиться такие кратковременные реакции: гриппоподобный синдром (озноб, повышение температуры тела, ломота в костях, пояснице, общее недомогание, головная боль, заложенность носа, першение в горле и т. д.), болезненность, отечность в месте инъекции. Реже отмечаются тошнота, диспепсия, снижение аппетита, иногда — увеличение регионарных лимфоузлов. Из осложнений разработчик указывает различные аллергические реакции вплоть до анафилактического шока и повышения температуры до 40 градусов. Если они возникли после введения первого компонента, то второй компонент уже не вводится. Но аллергические реакции настолько непредсказуемы, что могут возникнуть даже при применении безобидных на первый взгляд препаратов.
Фото: Столица С
Противопоказания
— Для применения «Спутника V» есть и противопоказания. Среди тех, что указал разработчик: гиперчувствительность к какому-либо компоненту вакцины или вакцины, содержащей аналогичные компоненты (например, к вакцине против лихорадки Эбола, где также используются частички аденовируса), тяжелые аллергические реакции в анамнезе. Беременность и период грудного вскармливания; возраст до 18 лет (в связи с отсутствием данных об эффективности и безопасности). Также разработчик предупреждает, что вакцинация может представлять риск для пациентов с аутоиммунными заболеваниями (стимуляция иммунной системы может привести к обострению заболевания, особенно следует с осторожностью относиться к пациентам с аутоиммунной патологией, имеющей тенденцию к развитию тяжелых и жизнеугрожающих состояний) и со злокачественными новообразованиями. В этих случаях принятие решения о вакцинации должно основываться на оценке пользы и риска в каждой конкретной ситуации. При острых инфекционных и неинфекционных заболеваниях, обострении хронических заболеваний вакцинацию проводят через 2–4 недели после выздоровления или ремиссии. При нетяжелых ОРВИ, острых инфекционных заболеваниях ЖКТ — после нормализации температуры. Также разработчик особо подчеркивает, что если в день вакцинации у пациента температура тела превышает 37 градусов, то вакцинацию не проводят. Поэтому предварительно он должен быть осмотрен врачом.
Фото: Столица С
Особые указания
— Здесь разработчик сделал акцент на пациентах, получающих иммуносупрессивную терапию (например, при онкозаболеваниях), и указал, что у больных с иммунодефицитом может не развиться достаточный иммунный ответ. Поэтому прием препаратов, угнетающих функцию иммунной системы, противопоказан как минимум за 1 месяц до и после вакцинации.
Почему некоторые заболевают коронавирусом после первой дозы вакцины
— Какой же вопрос задают и те, кто прививался против гриппа. Мол, я сделал прививку и заболел. Мы уже говорили, что в вакцине от гриппа и «Спутнике V» нет частицы, отвечающей за размножение вируса, а значит, заболеть из-за них невозможно. Но можно прий-ти на вакцинацию в инкубационный период заболевания, когда еще нет температуры и никаких клинических признаков, а возбудитель уже начал размножаться в организме, и, естественно, заболеть в дальнейшем. При этом ошибочно думать, что это произошло, потому что прививка снизила иммунитет. Наоборот! В этот момент идет активное наращивание армии антител и иммунитет находится в повышенной боеготовности. Поэтому если привиться в инкубационный период заболевания, то можно гарантированно избежать тяжелых форм недуга и летального исхода. То же происходит и с коронавирусом, у которого инкубационный период длится до 14 дней. Если человек заболел после введения первой дозы препарата, то вторая уже не ставится.
Нужно ли сдавать анализ на антитела перед вакцинацией от ковида
— Многие задают этот вопрос. Сразу скажу: нет. В инструкции разработчика об этом ничего не сказано. Даже если вы являетесь бессимптомным носителем коронавируса и не знаете об этом — ничего страшного. Даже если у вас достаточное количество антител, это не значит, что они не снизятся до нуля через месяц. В этом плане коварство ковида не знает границ. А вакцина формирует стойкий иммунный ответ как минимум на год-два. А если вы переболели ковидом, то прививаться можно уже через полгода после выздоровления.
Можно ли не носить маску после вакцинации
— Нам всем хочется как можно скорее избавиться от медицинской маски, которая уже стала нашим вторым лицом. Но увы! Маску мы снимем лишь после окончания пандемии. Во-первых, может оказаться, что у вас есть антитела на 26-й штамм аденовируса, частички которого содержатся в первом компоненте «Спутника V». И тогда ваш иммунный ответ может оказаться слишком слабым для защиты от дикого ковида. Во-вторых, вы можете попасть в те 5–10 %, у которых есть иммунитет и к 5-му штамму аденовируса, который содержится во втором компоненте препарата. В-третьих, даже у привитых людей всегда сохраняется риск заразиться при высокой вирусной нагрузке. Вы можете попасть в «зону поражения» суперраспространителей и получить высокую дозу заразы. Ни одна вакцина не является стопроцентной гарантией инфекционной безопасности, но она гарантирует две вещи: если вы заболеете, то минуете тяжелую форму болезни и не умрете от осложнений. А это главное, ради чего стоит прививаться. Но есть и еще архиважный аспект — только массовая иммунизация позволит остановить пандемию и вернуться к прежней жизни. Пока мы не знаем, какой процент человечества должен быть охвачен. Но, например, такое сверхзаразное заболевание, как оспа, удалось ликвидировать, лишь когда было привито 99 % населения. Охват в 80–90 % оказался недостаточным. Для ликвидации кори процент иммунных лиц должен составлять не менее 90–95 % населения.
Личный опыт вакцинации «Спутником V»
—Я был в числе первых 42 добровольцев, которых вакцинировали от covid‑19 в Мордовии. В первую ночь после прививки почувствовал довольно странные ощущения: небольшую лихорадку, которая не была похожа на другие лихорадочные состояния, слабость, ощутимую болезненность в месте введения препарата. Но температура не повышалась. Все эти ощущения прошли на следующий день. Титры антител наросли уже после введения первого компонента, где-то около 10. Но маску ношу до сих пор, по причинам, которые объяснял. Тем более что часто бываю в «красной зоне».
Можно ли употреблять алкоголь после вакцинации
Почему первыми прививают граждан 60+
— Потому что пожилые люди — первоочередная жертва коронавируса. За 60 с лишним лет жизни зарабатываешь столько хронических заболеваний, особенно обмена веществ — диабет, ожирение, которые так «любит» ковид, что противостоять ему очень сложно. В процентном соотношении и тяжелых случаев, и летальных исходов среди больных 60+ значительно больше, чем у людей младшего возраста.
Почему Россия никак не наладит массовое производство «Спутника V»
— Технология создания данной вакцины уже была отработана ранее на препарате против лихорадки Эбола, но она обладает большей производственной емкостью, чем препараты западных конкурентов. Во-первых, она состоит из двух компонентов, во‑вторых, сама технология внедрения гена белка коронавируса в частички аденовируса тоже трудоемкая.
Но зато «Спутник V» более надежен, чем препарат той же «АстраЗенеки», разработчики которой в качестве «доставщика» в клетки коронавирусного белка выбрали аденовирус обезьяны. Да, человек никогда с ним не встречался и не имеет к нему иммунитета, но тут возникает много других вопросов. Уверен, что производство «Спутника V» будет налажено в ближайшее время. А пока нас сможет немного выручить лайт-вакцина — это когда вводится только один компонент «Спутника V» — тот, который с 26-м штаммом аденовируса. Ее производство наладить еще быстрее.
Сможет ли «Спутник V» защитить от новых штаммов коронавируса, например, британского
— Да, сможет. Прививка работает против «шипов» — белков SARS-Cov‑2, а изменения (мутации) происходят в его генотипе. И так как антитела будут вырабатываться к белкам коронавируса, которые останутся в новом штамме без изменений, то прививка должна работать.
Сколько доз «Спутника V» получит Мордовия и кого будут прививать
— На данный момент в республику поступило 1442 комплекта вакцины, до февраля нам должны поставить не меньше 33 200 комплектов. Эти партии пойдут на вакцинацию работников медицины, образования, социальных служб. Это приоритет первого уровня. Но при желании будем прививать всех, кто входит в показания, утвержденные Минздравом РФ.
Важно понимать, что прививка от ковида — дело добровольное. Никто никого заставлять не будет. Если кто-то предпочитает переболеть диким коронавирусом — его личное дело. Но этот человек будет нести моральную ответственность за заражение своих родных и близких. И дай бог, чтобы дело не дошло до летального исхода. Ковид — это черт, который гораздо страшнее, чем его малюют. Последствия его воздействия на организм еще не изучены, но уже тот факт, что реабилитация после выздоровления идет не один месяц, говорит о многом. А есть такое явление, как постковидные смерти. Но это уже отдельный разговор. Лично я между диким вирусом covid‑19 и вакцинацией выбрал прививку. И если потребуется, буду прививаться ежегодно, как от гриппа
Значение слова «серотип»
серотип
1. группа микроорганизмов одного вида, объединяемых общей антигенной структурой, определяемой серологическими методами диагностики ◆ В соответствии с этим антигенная формула менингококков имеет следующий вид: серогруппа: серотип по белку: субтип по белку: серотип по ЛПС. Сергей Бабичев, Александр Коротяев, «Медицинская микробиология, иммунология и вирусология»
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.
Вопрос: притираться — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?
Синонимы к слову «серотип»
Предложения со словом «серотип»
Понятия, связанные со словом «серотип»
Отправить комментарий
Предложения со словом «серотип»
Холера – острое кишечное заболевание, вызываемое Vibrio cholerae (серотип 01), способным вырабатывать энтеротоксин.
У детей вирусы 1-го и 2-го серотипов вызывают тяжёлые ларингиты с острым отёком и развитием стеноза гортани (ложный круп), а серотип 3 чаще поражает нижние дыхательные пути.
Для характеристики некоторых совокупностей микроорганизмов, отличающихся по тем или иным свойствам, используется понятие «серовар» (ранее – серотип).
Синонимы к слову «серотип»
Карта слов и выражений русского языка
Онлайн-тезаурус с возможностью поиска ассоциаций, синонимов, контекстных связей и примеров предложений к словам и выражениям русского языка.
Справочная информация по склонению имён существительных и прилагательных, спряжению глаголов, а также морфемному строению слов.
Сайт оснащён мощной системой поиска с поддержкой русской морфологии.
Крохотные курьеры: как аденоассоциированные вирусы спасают жизни
Крохотные курьеры: как аденоассоциированные вирусы спасают жизни
Авторы
Редакторы
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Вирусы и микроорганизмы» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Введение
Эта история началась в середине 1960-х, когда в препаратах аденовируса обезьян случайно было обнаружено загрязнение из маленьких неизвестных частиц [1]. Эти частицы были впоследствии названы аденоассоциированным вирусом (сокращенно ААВ, англ. adeno-associated virus, AAV). Тогда мало кто мог предположить, что именно эти крошечные вирусы дадут надежду многим неизлечимым больным. И лишь несколько исследовательских групп, движимых чисто научным любопытством, отправились изучать базовую биологию ААВ.
Прошло несколько десятков лет, и стало понятно, что ААВ обладает множеством уникальных свойств. Эти особенности позволяют использовать его в поистине революционном направлении — генной терапии. По разным оценкам, около 5% новорожденных детей страдает от различных генетических заболеваний [2]. Долгие годы такие болезни считались неизлечимыми, и для многих подобный диагноз приравнивался к приговору. К счастью, времена изменились. Мы находимся на пороге эры лекарств принципиально нового типа [3], и немаловажную роль в этом сыграл аденоассоциированный вирус [4].
Биология вируса
Какими же уникальными особенностями обладает ААВ? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно подробнее поговорить про его жизненный цикл и строение.
Аденоассоциированный вирус принадлежит к роду Dependoparvovirus семейства Parvoviridae. Название рода отражает его необычный жизненный цикл, когда для размножения необходимо наличие вспомогательного вируса (от лат. Dependo — «зависеть»). В качестве такого вируса-помощника, как правило, выступает аденовирус (что явно следует из названия) или представители семейства герпесвирусов [5].
ААВ настолько безобиден, что помимо неспособности самостоятельно размножаться, он не вызывает никаких заболеваний человека и животных. Более того, согласно некоторым исследованиям, большинство людей (>70%) в течение жизни были заражены одним или несколькими серотипами ААВ [6]. (Серотип — вариант вируса, который отличается от других антигенами на своей белковой оболочке).
Вирус довольно мал — его икосаэдрическая белковая оболочка (капсид) в диаметре составляет всего около 25 нм (риc. 1а). Капсид необычайно стабилен: устойчив к кратковременному воздействию тепла, кислой среде и протеазам [7]. Геном, представленный одноцепочечной ДНК, по размерам также весьма скромен — всего 4,7 тысяч нуклеотидов [7].
Этот небольшой геном содержит минимальное количество генов. Ген rep (от слова replication) кодирует белки, необходимые для размножения вируса и его дальнейшей сборки внутри клетки (рис. 1б). Ген cap (от слова capsid) кодирует белки капсида (рис. 1б).
Геном ААВ обрамлен двумя Т-образными шпильками — инвертированными концевыми повторами (inverted terminal repeats, ITR) (рис. 1б).
Рисунок 1. Аденоассоциированный вирус. а — Модель капсида ААВ. б — Геном аденоассоциированного вируса. ITR (inverted terminal repeats) — инвертированные концевые повторы, образующие Т-образные шпильки; rep — ген, кодирующий белки, отвечающие за репликацию; cap — ген, кодирующий белки капсида.
Судьба вируса в клетке
Ценное свойство ААВ — его способность проникать как в делящиеся, так и неделящиеся клетки [8]. На первом этапе аденоассоциированный вирус связывается с рецептором на поверхности клетки (рис. 2) [9]. Разные серотипы ААВ предпочтительно связываются со своими рецепторами, характерными для определенных типов клеток [10].
Рисунок 2. Проникновение ААВ внутрь клетки. Пояснения в тексте.
[9], рисунок с изменениями
И это важное свойство — определенный серотип преимущественно проникает лишь в конкретную ткань или орган, то есть обладает своим уникальным тропизмом.
Связывание вируса с рецептором запускает процесс проникновения внутрь клетки. Эндосома (мембранный пузырек, содержащий вирусную частицу) передвигается в цитоплазме по цитоскелету. Постепенно среда в эндосоме закисляется, что приводит к изменениям капсида, необходимым для дальнейшего успешного заражения клетки. После выхода из эндосомы у вируса два пути. Либо он попадает в клеточную машину по уничтожению белков (протеасому) и разрушается, либо переносится в ядро, где вирусный геном высвобождается из капсида (рис. 2) [10].
С одноцепочечного вирусного генома еще не могут нарабатываться белки, для этого необходимо достроить вторую цепь ДНК. Она синтезируется с помощью ДНК-полимеразы клетки-хозяина, используя шпильку ITR в качестве затравки для построения второй цепи.
Вирусные ITR помогают не только строить вторую цепь ДНК, но способствуют межмолекулярной и внутримолекулярной рекомбинации геномов вируса. В результате в ядре клетки образуются кольцевые молекулы ДНК — эписомы (рис. 2). В такой форме геномы ААВ могут в течение многих лет присутствовать в ядре [10].
Кроме того, геном ААВ может с низкой частотой встраиваться в определенный локус на 19 хромосоме человека [11]. Этот феномен обусловлен сходством последовательностей ДНК данного локуса и ITR вируса. У ААВ, лишенного гена rep, способность к встраиванию своего генома сильно снижена. Такие вирусные геномы присутствуют в клетках в виде эписом.
Модификация ААВ для применения в генной терапии
Если в гене человека произошла мутация, которая привела к развитию заболевания, то болезнь можно победить или облегчить, если доставить в клетки организма рабочую копию поломанного гена. Вот тут и выходит на сцену аденоассоциированный вирус.
Что же нужно было в нем изменить, чтобы он стал курьером для доставки таких терапевтических генов? Как это часто бывает в биологии, ученые просто воспользовались успешными решениями, уже созданными природой. Раз капсид ААВ сам по себе является ключом к входу в клетку и ядро, то можно смело этим воспользоваться. Остается только заменить гены самого вируса на гены, интересующие исследователя, и вирусный курьер готов!
Модификация генома ААВ
Оказалось, что от всего генома ААВ необходимо было оставить только концевые шпильки ITR, необходимые для сборки самого вируса и сохранения его генома в ядре (рис. 3) [12]. Таким образом, можно без последствий удалить до 96% генома ААВ, используя полученное пространство для кодирования нужных генов.
Так как ААВ вмещает в себя всего около 5000 пар нуклеотидов, то нужно очень тщательно продумать остальной состав кассеты. В первую очередь туда необходимо поместить рабочую копию гена (трансген), в зависимости от того генетического заболевания, на которое направлено лечение. Также обязательно наличие регуляторных последовательностей, таких как промотор и сигнал полиаденилирования (рис. 3). Разберем элементы кассеты подробнее.
Рисунок 3. Компоненты типичной кассеты ААВ вектора. Оранжевые блоки (промотор, трансген и сигнал полиаденилирования — рА) являются обязательными компонентами. Для повышения эффективности экспрессии могут быть включены необязательные регуляторные элементы, такие как интрон (I) и другие компоненты 3′-нетранслируемой области (НТО). Кассета обрамлена инвертированными терминальными повторами (ITR).
рисунок авторов статьи
Из-за ограниченной емкости вируса могут возникнуть трудности с доставкой больших терапевтических генов. Очевидное решение проблемы — разработка сокращенной версии гена, который кодирует усеченный, но функциональный белок. Создание таких укороченных генов требует глубокого понимания биологии терапевтического белка, взаимосвязи его структуры и функции. Такой подход уже успешно применяется в нескольких клинических испытаниях по лечению миодистрофии Дюшенна [13] (ссылки на клинические испытания: NCT03368742, NCT04281485, NCT03769116), в доклинических исследованиях по лечению дисферлинопатии, амавроза Лебера и многих других заболеваний.
Другим потенциально перспективным подходом для доставки слишком больших трансгенов может быть разделение гена между двумя ААВ-векторами [14]. Два этих векторных генома, попадая в одно и то же ядро клетки, могут подвергаться межмолекулярной рекомбинации с последующим восстановлением полноразмерного гена. Такой двухвекторный подход пока применяется лишь в редких клинических испытаниях (пример — NCT02710500). Низкая эффективность восстановления полноразмерного гена ограничивает более широкое применение этого приема.
Правильно выбранный промотор — во многом залог успешной генной терапии. Идеальный промотор должен запускать стабильную высокую экспрессию трансгена в пораженных органах в течение длительного периода, при этом быть неактивным в других тканях. Малая емкость ААВ также требует уменьшения размера промотора [15].
К кассету можно добавить необязательные элементы, способные улучшить экспрессию трансгена (рис. 3). Так, например, присутствие интрона повышает стабильность РНК в ядре [16], а также способствует эффективному транспорту мРНК из ядра в цитоплазму [17].
К обеспечению тканеспецифичности можно подойти с другой стороны — не только стимулируя экспрессию в целевых тканях, но и подавляя ее в нежелательных органах с помощью механизмов РНК-интерференции [18]. Для этого в 3′-НТО-кассеты добавляют сайты связывания микроРНК, присутствующих строго в нецелевых органах (рис. 3) [19]. Если трансген оказывается в нежелательном органе, то микроРНК связывается с комплементарными ей сайтами в транскрипте и запускает его деградацию.
Модификация капсида ААВ
Хотя капсид ААВ — сам по себе уже удачное изобретение природы, человечество не остановилось в своем научном поиске. Новые серотипы ААВ могут обладать рядом преимуществ:
Благодаря развитию новых методов анализа выделяют несколько основных направлений для создания или выявления новых серотипов.
К сожалению, всегда существует вероятность, что хорошо работающий in vitro модифицированный капсид в экспериментах на лабораторных животных продемонстрирует низкую эффективность или даже токсичность. Всестороннее изучение свойств разрабатываемых препаратов и строгий контроль качества призваны минимизировать риск неблагоприятного исхода исследований [23].
Применение ААВ в клинике
Целевые органы, на которые направлена терапия
К 14 декабря 2020 года 227 препаратов на основе ААВ проходят клинические испытания (по данным сайта ClinicalTrials.gov). Сегодня уже существует несколько препаратов на основе ААВ, которые получили одобрение от регулирующих органов для коммерческого использования у пациентов (подробнее про эти препараты можно почитать в [4]):
Большинство серотипов ААВ «предпочитают» проникать в такие органы, как печень, поперечно-полосатые мышцы и ЦНС, что и определило направление большинства программ генной терапии (рис. 4).
Рисунок 4. Данные с сайта ClinicalTrials.gov: на 13 ноября 2018 г. было зарегистрировано 145 клинических испытаний с использованием ААВ. а — Классифицикация клинических испытаний на основе примененного серотипа ААВ (AAV). б — Целевой орган, на который направлена терапия в указанных клинических испытаниях. Можно заметить, что спустя два года количество клинических испытаний с применением ААВ почти удвоилось (227 на сегодняшний день против 145 испытаний два года назад).
Почти все природные серотипы ААВ эффективно заражают печень после внутривенного введения. Благодаря данному свойству вируса в клинических испытаниях находятся препараты для лечения гемофилии A и B (NCT03392974, NCT03587116), семейной гиперхолестеринемии (NCT02651675), дефицита орнитинтранскарбамилазы (NCT02991144), мукополисахаридоза-IIIA (NCT03612869) и синдрома Криглера—Найяра (NCT03223194) [25].
Серотипы ААВ8 и ААВ9 могут эффективно заражать разные типы мышц по всему телу. Такое свойство делает их идеальными векторами для генной терапии множества мышечных заболеваний [26]. Так, активно исследуются в клинике препараты для лечения миодистрофии Дюшенна (NCT03375164), дисферлинопатии (NCT02710500), миотубулярной миопатии (NCT03199469), болезни Помпе (NCT03533673). Примечательно, что зараженная мышца может также служить биофабрикой для производства секретирующихся терапевтических белков для лечения немышечных заболеваний. Хотя большинство сердечных заболеваний полигенны и подвержены влиянию окружающей среды, ведется разработка препаратов генной терапии для лечения сердечной недостаточности [26].
Большой процент разрабатываемых препаратов на основе ААВ направлен на лечение неврологических и глазных болезней (рис. 4) [27], [28]. Глаз — весьма обособленный орган, обладающий уникальной иммунологической толерантностью, и легко доступный для прямого введения препарата. Нетрудно понять, почему один из первых одобренных препаратов, «Люкстурна», был направлен именно на лечение наследственной слепоты. Мозг, напротив, намного более крупный и сложно организованный орган. Прямая доставка препарата в мозг или спинномозговую жидкость позволяет локализовать вирус и снизить дозу препарата, но это инвазивная процедура, сопряженная со многими рисками. К счастью, такие серотипы, как ААВ9 или ААВrh.10, могут пересекать гематоэнцефалический барьер, что позволяет использовать рутинное внутривенное введение. В настоящий момент в клинических испытаниях уже находятся препараты для лечения болезни Паркинсона (NCT02418598), метахроматической лейкодистрофии (NCT01801709), болезни Баттена (NCT01414985), мукополисахаридоза 3 типа (NCT03300453).
Основные стратегии генной терапии на основе рААВ
Можно выделить 4 глобальных направления генной терапии с применением ААВ (рис. 5).
Рисунок 5. Основные стратегии генной терапии на основе ААВ. Пояснения в тексте.
[29], рисунок с изменениями
Производство ААВ
Когда речь идет о клинических испытаниях, требуется очень большое количество вирусного препарата высокого качества. Его производство — весьма нетривиальная задача.
Вирусы не могут самостоятельно себя воспроизводить, им необходима помощь клеточной машинерии. Для наработки ААВ стали использовать культуры клеток. Вариантов может быть много: использование культуры дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) [33], клеток насекомых (культура клеток Sf9 бабочки Spodoptera frugiperda) [34], человека — HEK293, HeLa. Некоторые из этих подходов, — скорее, экзотика, но использование культур клеток млекопитающих (HEK293) или насекомых (Sf9) уже прочно закрепилось на производстве.
Итак, для начала необходимо определиться с методикой производства, ведь от этого зависит, в чем будет расти сама культура. Вариантов масса: для клеток, растущих, прикрепившись к субстрату, это могут быть большие чашки Петри, специальные сосуды с множеством перегородок для увеличения площади поверхности (рис. 6а). Для культур, хорошо чувствующих себя в виде суспензии и при постоянном перемешивании, — колбы, герметичные пакеты и многое другое. При увеличении масштабов производства можно переходить на специальные биореакторы (рис. 6б). С их помощью можно следить за целой панелью важных для процесса параметров. Они делают производство более технологичным и позволяют увеличить объемы продукции до нескольких сотен литров вирус-содержащей суспензии за один цикл работы.
Рисунок 6. Производство ААВ: на культуральных чашках (а) и в биореакторе iCellis Nano (Pall corporation) (б)
фотографии авторов статьи
Что нужно сделать с культурой клеток, чтобы она стала биофабрикой по производству вирусных частиц? В такие клетки-производители вносят плазмидную ДНК, кодирующую необходимую для сборки вирусов информацию. Наиболее популярный протокол предполагает одновременное заражение клеток тремя плазмидами (рис. 7):
Кстати, вместо третьей плазмиды может быть добавлен сам вирус-помощник (аденовирус или герпесвирус), как это было в более ранних протоколах по производству частиц ААВ [35].
Рисунок 7. Производство ААВ, использующее в качестве клеток-производителей культуру клеток человека HEK293. Смесь трех плазмид доставляют внутрь клетки (плазмиду с терапевтическим геном, плазмиду, кодирующая гены rep/cap, и плазмиду с генами вируса помощника). Начинается наработка необходимых белков для сборки вирусных частиц. ДНК, содержащая терапевтический ген, упаковывается в готовый капсид ААВ.
Клетки начинают производить вирусные частицы, после чего их надо собрать и очистить.
Это критически важный этап, которому стоит уделить особое внимание [22], [23]. Любые примеси, которые будут содержаться в препарате, могут вызвать нежелательный иммунный ответ.
Вначале собирают сырой материал: это может быть клеточная среда, если вирусы выделяются клетками преимущественно в жидкость вокруг, а могут быть и сами клетки, если большинство вирусных частиц накапливается внутри. Как правило, это зависит от конкретного серотипа ААВ. Чтобы разрушить клеточные мембраны и высвободить вирус, клетки подвергают многочисленным циклам замораживания-оттаивания, ультразвуковой обработке или воздействию детергентов.
Теперь основная задача — очистить вирусные частицы от многочисленных примесей, находящихся в суспензии (рис. 8). В сыром материале находятся внутриклеточные свободные ДНК и РНК, белки и ферменты, крупные обломки клеточных мембран и многое другое. Способов очистки существует множество, и постоянно появляются как улучшенные версии уже применяемых методик, так и принципиально новые подходы. Все они различаются по уровням специфичности, эффективности и, разумеется, стоимости. Условно способы очистки можно разделить на серотип-специфичные и универсальные. К первой категории относится, например, аффинная хроматография [37], основанная на специфическом узнавании капсидов антителами. Ко второй — ультрацентрифугирование в градиентах плотности растворов йодиксанола или хлорида цезия, преципитация полиэтиленгликолем или сульфатом аммония, ионообменная хроматография и многие другие методы, основанные на общих физических свойствах вирусных частиц [38].
Рисунок 8. Окрашивание серебром очищенного (лунки 1–3) и загрязненного другими белками (лунки 4–8) препарата ААВ после гель-электрофореза [38].
Одна из неочевидных нежелательных примесей — так называемые пустые капсиды — вирусные частицы, не несущие в себе терапевтический ген, или содержащие внутри себя постороннюю ДНК. Дело в том, что изначально в клетке формируется пул пустых капсидов. Лишь потом ДНК связывается с пустым капсидом при помощи специальных сигналов на ITR и компактно упаковывается, формируя полноценную вирусную частицу. Но иногда пустой капсид может так и остаться пустым при нехватке вирусной ДНК или ее неэффективной упаковке. В пустой капсид может также упаковаться обрывок свободной ДНК, находящейся в клетке и содержащей последовательность, схожую с сигналом упаковки. Такие частицы (совсем пустые или несущие неправильную последовательность) не функциональны и подлежат удалению из очищаемого препарата. С определенной эффективностью их можно отделить от функциональных капсидов, используя градиенты плотности или методы хроматографии.
Основные проблемы
Наработка большого количества плазмид высокой степени очистки, поддержание культур клеток, дорогостоящие реактивы, сложный процесс очистки вирусных частиц и разработка аналитических методик для характеризации препаратов ведут к таким космическим ценам при масштабировании производства. На стоимость также влияет серьезный контроль качества вирусного препарата. Чтобы препарат вышел на рынок, проводятся исследования его токсичности, безопасности, биораспределения, эффективности. Оценивается содержание белковых примесей, бактериальных эндотоксинов, количество пустых капсидов, стерильность препарата, концентрация вирусных частиц в растворе и множество других характеристик [23]. В настоящий момент гиганты производств ААВ по всему миру работают над удешевлением препаратов, разрабатывая более эффективные протоколы сборки и очистки ААВ.
Иммунный ответ также представляет собой серьезную проблему. Потенциально иммунные реакции могут возникать на вирусный капсид, его геном, а также на белковый продукт трансгена. Препаратам на основе ААВ могут помешать нейтрализующие антитела к его капсиду [39]. Связываясь с вирусами в кровотоке, антитела препятствуют проникновению вирусных частиц в клетки, что ведет к низкой эффективности препарата. В настоящий момент обязательно проводится скрининг пациентов на наличие антител к применяемому серотипу ААВ [40]. В случае их обнаружения такой пациент исключается из клинических испытаний. Ведется разработка новых капсидов, которые не будут узнаваться нейтрализующими антителами [41]. После доставки терапевтических доз ААВ быстро развивается гуморальный иммунный ответ, который впоследствии помешает повторному введению препарата [42]. Именно поэтому большинство генотерапевтических препаратов на основе ААВ рассчитано на однократное введение. Для подавления Т-клеточного иммунного ответа у пациентов применяется фармакологическая супрессия стероидами [40].
Заключение
Генная терапия на основе ААВ — бурно развивающееся направление, и мы в данном обзоре затронули лишь небольшой кусочек этой удивительной области. Текущий экспоненциальный рост клинических испытаний с использованием ААВ предполагает, что мы находимся в самом начале эры новых генотерапевтических препаратов. Еще очень много задач предстоит решить, и для этого требуются мультидисциплинарные усилия. Дальнейшее развитие молекулярной биологии, биоинформатики, эпидемиологии, структурной биологии, иммунологии, геномики и других дисциплин, безусловно, будет способствовать совершенствованию технологии. Уже пройден длинный путь в попытке человечества победить генетические заболевания. Мы надеемся, что именно генная терапия приведет к окончательной победе!