З Covid-19 все не закінчиться. Чому в Штатах працюють над новою вакциною

Доктор медицини і автор The Atlantic Джеймс Хемблін у своїй новій статті пише про перспективи створення універсальної вакцини від коронавірусів, оскільки Covid-19 явно не останній.

Пандемія в глобальному масштабі вже досягла свого піку, і тепер експерти звертають увагу на нові варіанти вірусу. Катастрофічне зростання випадків спостерігається там, де, як вважали деякі, небезпека вже минула. В Індії в лікарнях закінчується кисень, а число випадків Covid-19 зростає в геометричній прогресії. Тим часом владу турбує "мутований" варіант SARS-CoV-2 під назвою B.1.167. У Бразилії, де щодня помирають понад 2,5 тис. осіб, уряд закликає людей не вагітніти зі страху перед варіантами, аналогічними P.1. І ці варіанти породжують нові відповідно до того, як мутації накладаються одна на одну.

Можливі наслідки такої вірусної еволюції колосальні. Минулого місяця американський ЦКЗ оприлюднив трирівневу систему для визначення пріоритетності ризиків, що виникають. "Варіант, на який слід звернути увагу", — це особливо небезпечний штам, який ще не набув широкого поширення. Якщо ж отримав, то він переходить в розряд "варіант, що викликає занепокоєння". Сьогодні в США поширені п'ять варіантів, що викликають занепокоєння (B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.427 і B.1.429). І нарешті, вище цієї категорії знаходяться найбільш моторошні — "варіанти, які можуть призвести до серйозних наслідків". Вони можуть не розглядатися в процесі досліджень, не реагувати на лікування від Covid-19 і навіть на існуючі вакцини. Поки у світі не зафіксовано жодного з таких варіантів. Принаймні поки що.

Оскільки вірус, як і раніше, широко поширюється по всьому світу (на сьогодні щотижня виявляється 5 млн нових випадків), подальша мутація неминуча. Намагаючись зіграти на випередження, на початку цього місяця Білий дім оголосив про інвестиції в розмірі $1,7 млрд, які спрямують на відстеження вірусного генома. За допомогою постійного моніторингу мутацій і нових варіантів можна буде уникнути найгірших наслідків. Водночас формування контрзаходів для кожного варіанта в підсумку може стати постійною гонитвою: на той час, як ми розберемося повністю в одному варіанті, стримати його вже, ймовірно, буде неможливо. І до того ж може з'явиться новий, більш небезпечний варіант.

Моніторинг кожного варіанта і реагування на них настільки складне завдання, що, на думку деяких експертів, нам буде потрібно більш комплексний підхід. Причому вже найближчим часом. "Замість того, щоб боротися з кожним новим проблемним варіантом, — сказав мені минулого тижня, — є сенс використовувати всі наші можливості, щоб створити універсальну вакцину проти SARS-CoV-2". Тобто таку, яка може нас захистити, незалежно від того, як розвивається вірус; формуючи хоча б частковий імунітет до будь-якого варіанта, який може з'явитися. "Якщо ми цього не зробимо, ми будемо перебувати в постійній гонці, замість того щоб закрити вже це питання", — додав він.

Десятки груп вчених вже зайнялися цим питанням, і вирішити цю задачу цілком реально. Але це лише початок. "Універсальна вакцина від SARS-CoV-2 — це перший крок", — говорить Фаучі. Кроком другим буде універсальна вакцина від коронавірусу, здатна захистити нас не тільки від SARS-CoV-2 у всіх його формах, але й від неминучої появи нових і різних коронавірусів, які можуть спровокувати пандемії в майбутньому. Робота зі створення такої вакцини може стати одним з найбільших досягнень нашого покоління.

Основна проблема полягає в тому, що наші клітини вважають коронавірус своїм другом. Кожна його частка покрита білками, так званими "білками-шипами" (хоча вони більше нагадують скіпетри або запліснявілі ріжки морозива). Кінчик кожної з них оманливо схожий на нормальну сигнальну молекулу людини, тому здорова клітина стикається з шипом. І це її остання помилка. Відривається верхівка шипа, і вірус проштовхує його через поверхню клітини і вводить свою РНК. Так він отримує можливість використовувати клітину для створення мільйонів своїх копій, які в кінцевому підсумку вириваються назовні, залишаючи клітину вмирати.

Усі способи, якими вірус SARS-CoV-2 поставив світ на коліна, і всі смерті, які можуть спровокувати його мутації, починаються з одного субмікроскопічного білка. Яким би винахідливим не був цей шип, він все ж відмінно підходить на роль мішені для вакцин. Сучасні вакцини вчать імунні клітини розпізнавати білок-шип, щоб він був нейтралізований до проникнення в клітини.

Однак у кожному з варіантів спостерігаються невеликі відмінності між шипами. "Нинішні вакцини засновані на генетичному коді вихідного штаму, виявленого в Ухані", — пояснює професор біоінженерії з Каліфорнійського технологічного інституту Памела Бьоркман. Цього штаму більш немає, тому вакцини не настільки ідеальні для варіантів, з якими багато хто з нас можеь зіткнутися в майбутньому. За словами Бьоркман, на даний момент зміни білка-шипа не настільки драматичні, щоб вакцини першого покоління вважати неефективними, "але необов'язково, що так буде і надалі, адже вірус продовжує мутувати".

Тому зараз стоїть завдання створити вакцину, яка буде передбачати такі зміни, навчаючи імунну систему розпізнавати і боротися з варіантами, які можуть ще навіть не з'явитися. Одним з потенційно ефективних підходів був би акцент на частину білка-шипа, який не розвивається так швидко, як інші. Співробітники лабораторії Джейсона Маклеллана в Техаському університеті (Остін) зосередилася на стовбурі білка-шипа SARS-CoV-2, який не мутує так часто, як його кінчик. Теоретично вакцина, яка вчить імунну систему розпізнавати стовбур, буде індукувати захист від багатьох або навіть усіх варіантів відразу до того часу, поки в них буде існувати такий ствол. Однак на практиці у антитіл проти стовбура шипа можуть бути проблеми з розпізнаванням і зв'язуванням зі своєю метою, якщо вона буде захована в структурі білка.

Лабораторія Бьоркман працює над іншим рішенням, яке гарантовано викликає імунну реакцію: над вакциною, яка містить кілька різних версій тієї частини шипа, яка "зв'язується" з людськими клітинами. Їх можна прикріпити до крихітних синтетичних "скелетів", що являють собою "мозаїку наночастинок". І коли минулого року команда Бьоркман ввела мишам прототип мультиштамової вакцини, вони виявили, що організм виробляє антитіла проти всіх форм білка-шипа з "мозаїки".

Схожий підхід — це почати з мРНК, як вчинили творці вакцин Pfizer і Moderna. Але замість того щоб включати код тільки для одного штаму, ви можете пов'язати разом мРНК, яка кодує безліч різних варіацій білків-шипів, включаючи мутації найбільш небезпечних варіантів. А Девід Мартінес з Університету Північної Кароліни і його колеги недавно поінформували про багатообіцяючі експерименти на мишах (їхня наукова робота зараз знаходиться на розгляді) з мРНК з різних коронавірусів, які стали основою для вакцини з мРНК "шипа-химери". При введенні мишам гібридна вакцина ефективно генерувала антитіла проти декількох білків-шипів, включаючи той, який пов'язаний з варіантом, що викликають найбільшу стурбованість у США.

"Щоб створити універсальну вакцину від SARS-CoV-2, яка забезпечує довгостроковий захист, нам, можливо, доведеться думати не тільки про шипи, — вважає біолог з Університету штату Джорджія Баочжун Ван. — Активні антитіла, націлені на білки-шипи, важливі, але не на 100%". Вирішальне значення матимуть і реакції Т-клітин у легенях, оскільки "каталогізують" історію попередніх респіраторних вірусних патогенів. Ці реакції в основному викликаються білками всередині вірусу, пояснює Ван, такими як нуклеопротеїни і ферменти, які допомагають йому відтворюватися, а не його шипом. Його метод полягає у введенні наночастинки за допомогою різних білків-шипів.

На думку Фаучі, багато з цих ідей можна реалізувати і універсальна вакцина від SARS-CoV-2 може бути доступна навіть до закінчення пандемії. Він витратив роки на вакцину від вірусу грипу, переслідуючи аналогічну мету — захистити від усіх можливих штамів грипу. Проєкт поки не увінчався успіхом (навіть наші вакцини від сезонного грипу не особливо надійні, їх ефективність в середньому становить близько 50%). Але SARS-CoV-2 менш проблематичний, каже він, оскільки його геном простіший, ніж у грипу, і менш схильний до мутацій. Мартінес погоджується: якою б жахливою в генетичному сенсі не була ця пандемія, "нам насправді ще пощастило".

"Цей вірус проіснує ще кілька років, перш ніж світ з ним впоратися, якщо нам пощастить, — сказав мені Фаучі. — Я не можу гарантувати, що ми отримаємо універсальну вакцину проти цього вірусу, але, безумовно, вона нам знадобиться для наступного".

Універсальна вакцина проти SARS-CoV-2 може бути необхідною для того, щоб покласти край цій пандемії. Також можливо, що нинішнє покоління вакцин проти SARS-CoV-2 спрацює досить добре і нам буде потрібна лише базова бустерна вакцина. Але навіть коли цей конкретний коронавірус буде переможений, нам все одно потрібно буде знайти спосіб захистити себе від інших.

За деякими даними, серед нелюдських видів "ходять" тисячі родинних патогенів, і деякі з них можуть дістатися до нас у будь-який момент. За останні 18 років вже три коронавіруси приводили до руйнівних хвороб у людини (SARS, MERS і COVID-19). "Питання не в тому, чи буде ще одна пандемія коронавірусу, а в тому коли", — говорить Мартінес.

Бьоркман розділяє цю впевненість. "Він не останній, — каже вона. — У нас будуть SARS-CoV-3 і SARS-CoV-4. Всі говорили про це до цієї пандемії. Більшість у світі проігнорували це. Вчинити так знову, значить зарити голову в пісок".

На сьогодні вже є технологія для створення вакцини, яка захистить людей відразу від безлічі коронавірусів. Вакцинація від усіх з них — більш складне завдання, ніж вакцинація від одного або декількох, але гіпотетично можлива. Однак багатопрофільну вакцину навряд чи створять шляхом виявлення якогось єдиного і однакового фрагмента білка-шипа у всіх коронавірусів. Це щось схоже на виявлення єдиного уразливого місця у Зірки Смерті — надто вже просто. Але ми могли б виявити відразу кілька однакових фрагментів для більшості коронавірусів.

За словами Бьоркман, завантажити кілька мішеней в одну вакцину нескладно. В її лабораторії можна швидко відтворити білки з верхівки шипа і прикріпити їх до наночасток. "Їх дійсно легко зробити", — скромно зазначає вона. Основне завдання полягає в тому, щоб знати, що саме включати, і переконатися в тому, що вони ефективно стимулюють імунну систему.

"Справжня проблема полягає в тому, щоб краще зрозуміти всесвіт коронавірусів", — констатує біохімік і керівник проєкту Human Vaccines Project Уєн Кофф. Теоретично можна встановити ключові зміни в геномі вірусу, які спровокують масштабне їх поширення серед людей, щоб наш організм навчився хоча б частково розпізнавати нові коронавіруси.

На думку Коффа, ми можемо з'ясувати, які загальні риси або мутації можуть дозволити створити таку вакцину, оскільки визначаємо генеалогічне древо коронавірусу на все більш і більш детальному рівні. "Якщо біологи зможуть в польових умовах зібрати достатньо даних, ви створите алгоритм виявлення тих із них, які мають найбільший потенціал для переходу від виду до виду, а потім тих, які смертельні для людини", — говорить він. За його словами, суперкомп'ютери та досягнення в сфері машинного навчання і моделювання прискорять процес прогнозування.

Проєкт зі створення дійсно універсальної вакцини проти коронавірусу включатиме безліч дисциплін: клітинну і системну біологію, імунологію, генетику, штучний інтелект і структурне моделювання та багато інших. За словами Коффа, для досягнення цієї мети потрібно створити максимально широку коаліцію країн. Інвестиції США у відстеження вірусних геномів можуть допомогти створити невелику частину інфраструктури, необхідної для моніторингу багатьох інших вірусів. Аналогічні зусилля будуть потрібні від усього світу, щоб бути в курсі постійно мінливих вірусних карт. Кофф вважає, що урядам країн G7 доведеться укласти союз з приватним сектором, Всесвітньою організацією охорони здоров'я та некомерційними організаціями, такими як Фонд Білла і Мелінди Гейтс, щоб ця система запрацювала. "Це може коштувати мільярди, але ця пандемія вже обходиться в трильйони, — каже Кофф. — Ми не винесли уроків з SARS, MERS, ВІЛ, свинячого грипу, але, можливо, на цього разу це зробимо".