Векторные вирусные вакцины. "Спутник-V" - непонятная жижа или прорыв в молекулярной биологии?
Возможно, будет сложновато. Генетика, как-никак.
Для понимания темы, проверьте, читали ли вы предыдущие посты:
Как образуется иммунный ответ:
Некоторые типы вакцин:
Приобретённый иммунитет и типы вакцин
Как устроены вирусы:
Давайте для начала вспомним, что у каждой клетки есть гены - вдруг уже подзабыли. Гены – молекулярный код, в котором прописана вся информация об организме. И гены управляют жизнедеятельностью каждой клетки, "приказывая", какой ей быть и что ей делать.
Теперь освежим в памяти, из чего гены сделаны. Генетический материал представлен длинными молекулами нуклеиновых кислот, которые состоят из множества нуклеотидов. Молекулы РНК состоят из одной цепи полинуклеотидов, ДНК — из двух цепей полинуклеотидов, связанных между собой.
Почти у всех организмов гены существуют в виде ДНК, у вирусов бывает РНК. Но это, кстати, не значит, что в наших клетках используется исключительно ДНК и не используется РНК. РНК – это «вспомогательные» молекулы-посредники между геномом и клеткой. Например, чтобы не трогать почём зря длиннющие и неудобные ДНК-гены, на их основе в клетке создаются короткие матричные молекулы РНК – это как болванки-копии, отлитые с определённого кусочка оригинала. Именно с помощью мРНК(матричной) кодируются белки, которые производит клетка. В отличие от ДНК, молекулы РНК присутствуют в клетке в виде множества копий и «живут» сравнительно недолго, распадаясь после выполнения своей функции.
У нас, эукариотов, гены проживают в ядре каждой клетки. И оттуда «командуют» её поведением. И нами самими, немножко:)
Что такое вектор?
Вектор в генной инженерии – это молекула нуклеиновой кислоты(см. выше). Это генетическая ДНК , реже - РНК, которую изменили (рекомбинировали) определённым образом для своих целей. Например, вырезали что-то «ненужное». Или наоборот, вставили «нужное». И эта рекомбинантная ДНК молекула используется генетиками для того, чтобы необходимый отрезок генома(терапевтический ген) попал в целевую клетку. В клетку бактерии. Мыши. Или даже человека. Для того чтобы что??? В этом месте становится многим не по себе. Наверное, после фильмов о вмешательстве в геном, которые ничем хорошим никогда не заканчивались. Но давайте скажем воображению «стоп».
Для чего вообще нужны внедряемые в клетки векторы(если не для того, чтобы делать всех монстрами-мутантами)? Есть такое направление, как генная терапия. Её цель - не создавать новые мутантные формы жизни или жизнеспособные смертельные вирусы, как многие думают (и, кстати, до такого мастерства человечеству еще ой как далеко). Векторы используются в развивающейся генной терапии, чтобы вносить небольшие изменения в геном клеток с целью лечения врождённых генетических заболеваний и коррекций клеточных мутаций.(Генная терапия — общее название для технологий (а также соответствующих лекарств), которые используют изменение генов для достижения нужных медицинских эффектов). Генная терапия, как направление, зародилась ещё в 70х годах, т.е. примерно 50 лет назад. Реальностью генная коррекция клеток с помощью векторов стала в 1980-х годах, когда были разработаны методы получения изолированных генов. Тогда стали обычными переносы генов у мышей и других животных. За десятки лет генные инженеры научились работать с молекулами ДНК и РНК с ювелирной точностью. Они умеют расшифровывать, кодировать, клонировать, удалять ненужные кусочки, безошибочно вставлять именно те части кода, которые нужны. Векторы на основе ретровирусов успешно встраиваются в геномы целевых клеток и таким образом могут исправлять "поломанные" гены так, как это нужно ученым. Генная терапия, несмотря на относительную молодость, уже доказала свою эффективность в борьбе против генетических дефектов. Но внедряются подходы генной терапии в практическую медицину очень медленно, так как тщательнейшим образом проверяются. А также есть многочисленные проблемы с финансированием. Но, не смотря на это, появились уже первые зарегистрированные "генетические" лекарства. Можете почитать о препарате с трудновыговариваемым названием «Золгенсма», например. А вообще, подавляющее большинство препаратов генной терапии пока направлено на больных с онкологическими патологиями.
Но не всегда цель создания вектора, это терапевтическое вмешательство в геном клетки. Часто векторы необходимы, чтобы передать клетке какой-то «приказ», и при этом не трогать, не изменять её геном. Так как молекулы ДНК и РНК управляют поведением любой живой клетки, то внедрение нужного вектора - потрясающий способ откорректировать клеточное поведение так, как это необходимо. Для этих целей обычно используются ДНК вирусов, которые не имеют никаких дел с геномом самой клетки и не встраиваются (не интегрируются) в него. И это, в частности, аденовирус. И нет, это не значит, что, попав в клетку, гены аденовируса, вопреки расчётам генетиков вдруг "сбесятся", сами встроятся в геном человеческой клетки и… сделают клетку мутантом (а та наплодит еще кучу мутантов, у человека вырастет вторая задница или еще что-то в этом духе). Нет. Совсем, вообще, никак. Просто это так не работает. Хотите знать конкретно почему - велком в молекулярную биологию.
Что самое интересное, генные инженеры, по сути, не выдумывают особо ничего нового, а просто учатся толково использовать природные «биотехнологии» - эволюционные изобретения тех же вирусов и бактерий в своих целях. Например, для «разрезания» молекул ДНК используются ферменты рестриктазы, которые "изобрели" бактерии Escherichia coli. Кому интересно – почитайте про плазмиды, обратную транскриптазу – удивительнейшие эволюционные вещи используют генетики. Натуральные, природные, так сказать:)
Доставка вектора.
Итак, вектор – это молекула ДНК или РНК, скомбинированная так, как нужно для определённых целей, чтобы передать в клетку какой-то приказ или внедрить в её геном какие-то определённые гены.
Дальше что? Теперь надо как-то эту рекомбинантную ДНК доставить в клетку.
Хм…
Как же это сделать? Клетка просто так в себя никого не пустит. Вирусы, вон, миллионы лет совершенствуют орудия обмана и взлома, чтобы в клетку хоть как-то проникнуть, и всё равно это делают с определённым трудом. Да и просто проникнуть - этого мало, надо еще доставить свои гены в нужное место в клетке(она, между прочим огромная!), иначе нуклеиновые кислоты могут попасть в один из «желудков» клетки(лизосому) и просто «перевариться». И столько работы насмарку... Сложностей с доставкой хватает.
Ну а что если не изобретать велосипед, а снова использовать уже готовые хитрости и наработки самих вирусов? Тогда вектор сто процентов попадёт в клетку и сработает как надо! Гениально!
Так мы получаем вирусный вектор. То есть "вирусный" - это по способу доставки в клетку.
Есть и невирусные способы доставки. Например, липидные пузырьки(липидные наночастицы). Но это пока не самый надежный способ, по сравнению с вирусом.
И тут мы подходим непосредственно к вакцине "Гам-КОВИД-Вак", известной также как "Спутник V"
Принцип "изготовления" и действия вирусной векторной вакцины. На примере "Спутник-V"
1. Взяли ДНК Аденовируса (безобидного сезонного вируса, вызывающего насморк и температуру) и подкорректировали её. А именно: вырезали гены, кодирующие «аппарат сборки» вирионов. То есть вирус попасть в клетку может, начать вырабатывать запчасти для клонов может, а выйти – хренушки. Без куска кода он не в состоянии завершить свою сборку, потому что, бедолага, не знает, КАК это сделать. Ну, убрали эту информацию из его генетического «мозга».
2. Взяли молекулу РНК генома Ковид-19, и вырезали отрезок, который отвечает за создание того самого S-белка (спайковый белок, шип Коронавируса). Почему именно его? Вирусная мембрана коронавирусов содержит четыре структурных компонента: белок шип (S), белок оболочки (E), мембранный белок (M) и белок нуклеокапсида (N) , но именно на S-белок образуются антитела, не только маркирующие патоген, но и обезвреживающие его. Такие антитела «залепляют» шипы Ковидлы и не дают ему проникнуть в клетку. Так вот, этот отрезок РНК «перекодировали» в ДНК. Это называется обратная транскрипция (ничего сложного в этом процессе нет для современной генетики).
3. Отрезок получившейся ДНК вставили в урезанный геном Аденовируса. Получили необходимый вектор.
4. Этот вектор доставляется в клетку прямо в оболочке Аденовируса. Почему в оболочке вируса, а не в липидном пузырьке, как в случае Pfizer/BioNTech? Потому что у оболочки Аденовируса есть эффективный способ проникнуть в клетку – Аденовирус сам миллионы лет "разрабатывал" эту биотехнологию с помощью эволюции. И таким образом он без проблем может доставить изменённую ДНК куда следует, проверенным путём. А вот с доставкой в липидном пузырьке слишком много сложностей и неясностей. Липидные наночастицы нестабильны, а при попадании в клетку часть материала, судя по исследованиям, так и не доходит до нужного места.
"Выбирая между ДНК-, РНК- и вирусными векторами для доставки вакцин, — а мы работаем со всеми типами, — мы выбрали вирусные векторы, потому что они более эффективны. Мы провели массу экспериментов с разными носителями и сравнивали с векторными, и уже на старте было понятно, что это небо и земля." (замдиректора по научной работе Центра им. Гамалеи Минздрава России Денис Логунов).
5. В итоге, "обработанный" Аденовирус без проблем проникает в клетку и сам доставляет ДНК-вектор куда следует. Рекомбинантная ДНК «отдаёт приказы» производить не только белки Аденовируса, но и S-белок Коронавируса заодно. Выйти из клетки «калеченый» аденовирус не может, а клетка, как порядочная, демонстрирует антигены на своих комплексах гистосовместимости для обнаружения иммунными защитниками. Их, естественно, находят, запускается полноценный иммунный ответ с образованием антител и клетками памяти(читайте все предыдущие посты). От этого, кстати, у многих и поднимается температура. Все зараженные клетки, естественно, уничтожаются.
Конец.
Да выбрасывайте уже факелы и вилы. Это же, воистину, достойно восхищения:)
Соглашусь, новое - часто подозрительно или страшно - так устроен наш мозг, и это нормально. Особенно, если нас уже напугали - хоть это и было... в кино. Мозг же наивный, он всё, даже кино, бессознательно может за чистую монету принимать, надеюсь, вы знали об этой милой особенности. Но на самом деле, дела в генетике обстоят примерно так:
"Специально проведенные исследования показали, что опасность неконтролируемого распространения рекомбинантных ДНК не так велика, как представлялось ранее. Рекомбинантные ДНК и несущие их бактерии оказались очень неустойчивыми к влияниям окружающей среды, нежизнеспособными в организме человека и животных. Известно, что в природе и без вмешательства человека имеются условия, к-рые обеспечивают активный обмен генетической информацией, это так наз. поток генов. Однако на пути проникновения в организм чужеродной генетической информации природа создала много эффективных барьеров." Это из медицинской энциклопедии еще за 1996 год.
А кто по-прежнему боится стать Человеком-Аденовирусом, покрытым шипами Коронавируса, опасается начать выделять спайковые белки, от которых у девочек(и даже у мальчиков) идут месячные раньше срока - настоятельно рекомендуется меньше смотреть фильмов, слушать баб Маш, а больше интересоваться наукой и современными научными открытиями. Иначе случится так, как предположил А.В. Марков в своей книге «Рождение сложности»:
«Похоже, наука сама своими достижениями роет себе могилу: ведь чем успешнее деятельность ученых, тем сложнее научная картина мира и тем ниже конкурентоспособность науки на "свободном рынке информационных услуг". В конце концов ученые могут просто вымереть, как динозавры, – и хорошо еще, если своей смертью, а не на кострах инквизиции.»
На фото весёленько раскрашенные вирионы Ковид-19(розовым) на клетке (зеленым). Цвета не натуральные, фото специально окрашено.
Что можно почитать:
"СОВРЕМЕННЫЕ ВАКЦИНЫ И КОРОНАВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ"
Ю. А. Беликова, Ю. В. Самсонов, Е. В. Абакушина
"ДНК- и РНК-вакцины: современное состояние, требования к качеству
и особенности проведения доклинических исследований"
А. А. Горяев, М. В. Савкина, Ю. И. Обухов, В. А. Меркулов, Ю. В. Олефир
Для очень глубокого погружения: "НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. РНК И ДНК. СТРОЕНИЕ ГЕНОВ, ПРИНЦИПЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ. БИОСИНТЕЗ"
Пы.Сы. Я честно старался максимально раскрыть тему, отвечая, заодно, на самые частые вопросы из комментариев. Но если всё же непонятки остались(или возникли новые) - пишите. Я выберу самые популярные (только не дурацкие, типа какую прививку выбрать или как я могу определить что в вакцине) и попробую дать на них простые ответы (если они вообще есть), которые запилю еще в отдельном посте типа вопрос-ответ. Только по медицине не спрашивайте, я не медик, в патофизиологии не смыслю и ничего ответить не смогу. Про Пфайзер, думаю, и сами уже поймёте, исходя из написанного выше(если всё внимательно прочитали и разобрались в теме).