Вакцини: від Дженнера і Пастера до наших днів

Віталій Звєрєв, академік РАМН, директор НДІ вакцин і сироваток ім. І.І. Мечникова РАМН

Інфекційні хвороби в усі часи були головними ворогами людини. Історія знає безліч прикладів спустошливих наслідків віспи, чуми, холери, тифу, дизентерії, кору, грипу. Досить згадати, що занепад Стародавньої Греції та Риму пов'язаний не стільки з війнами, які вони вели, скільки з жахливими епідеміями чуми, знищили більшу частину населення. У XIV столітті чума згубила третину населення Європи. Через епідемії натуральної віспи через 15 років після навали Кортеса від 30-миллионной імперії інків залишилося менше 3 млн осіб. Пандемія грипу (так званої «Іспанки») в 1918-20 роках забрала життя близько 40 млн чоловік, а число хворих склало близько 500 млн осіб. Це більше, ніж втрати на полях боїв Першої світової війни, де загинули 8 млн 400 тис. і були поранені 17 млн чоловік.        

Величний собор,   що прикрашає площу італійського міста Сієна, міг би виглядати ще   грандіозніше, якщо б не епідемія чуми. У 1339 міська влада почала будівництво   нового головного нефа перпендикулярно до існуючого собору. Однак «чорна   смерть », що скоротила населення міста втричі, перешкодила здійсненню цих   планів, і будівництво так і не було завершено. Саме місто Сієна, у той час   бурхливо розвивався торговельно-фінансовий центр, після епідемії вже ніколи не   зміг досягти колишньої величі     

У пошуках засобів проти інфекційних захворювань люди випробували багато чого - від заклинань і змов до дезінфікуючих засобів і карантинних заходів. Проте лише з появою вакцин почалася нова ера боротьби з інфекціями. До складу вакцин входять мікроорганізми цілком (ослаблені або вбиті) або окремі їх компоненти. Вони не здатні викликати захворювання і служать своєрідним навчальним «муляжем». Завдяки вакцині імунна система запам'ятовує характерні ознаки ворога і при зустрічі з живим збудником негайно пізнає його і знищує.

Термін «вакцина» походить від латинського слова vacca - корова. Його ввів Луї Пастер на честь англійського лікаря Едварда Дженнера, якого, безсумнівно, можна вважати піонером в області вакцинопрофілактики. У 1796 році під час практики в селі Дженнер звернув увагу, що фермери, які працюють з коровами, інфікованими коров'ячої віспою, не хворіють натуральною віспою. Він прищепив коров'ячу віспу хлопчикові і довів, що той став несприйнятливим до натуральної віспи. Цей метод, придуманий у часи, коли ще не були відкриті ні бактерії, ні віруси, отримав широке поширення в Європі, а згодом ліг в основу ліквідації віспи в усьому світі. Проте лише через століття був запропонований науковий підхід до вакцинації. Його автором став Луї Пастер, що застосував свою концепцію інфекційних збудників для створення вакцини проти сказу.

Розробка нових вакцин пішла повним ходом на початку XX століття, коли з'явилися методи стабільної аттенуаціі (ослаблення) мікроорганізмів, що виключають ризик розвитку хвороби, і була відкрита можливість використовувати для вакцинації знешкоджені бактеріальні токсини.

З тих пір з'явилося більше 100 різних вакцин, які захищають від сорока з гаком інфекцій, що викликаються бактеріями, вірусами, найпростішими.                      

Хронологія створення     вакцин                    

Класичні вакцинні препарати можна розділити на три групи:

Живі вакцини. Чинним початком в них служать ослаблені мікроорганізми, що втратили здатність викликати захворювання, але що стимулюють імунну відповідь. До цієї групи відносяться вакцини проти кору, краснухи, поліомієліту, епідемічного паротиту і грипу.

інактивованих вакцин. Вони містять убиті патогенні мікроорганізми або їх фрагменти. Прикладом служать вакцини проти грипу, кліщового енцефаліту, сказу, черевного тифу.

Анатоксини (токсоіди) -- бактеріальні токсини у зміненій нешкідливої формі. До них відносяться відомі та застосовуються широко вакцини проти дифтерії, правця, коклюшу.

З початком бурхливого розвитку молекулярної біології, генетики і методів генної інженерії з'явився новий клас вакцин - молекулярні вакцини. У них використовуються рекомбінантні білки або фрагменти білків патогенних мікробів, синтезовані в клітинах лабораторних штамів бактерій, вірусів, дріжджів. У практику поки увійшли тільки три таких препарату: рекомбінантний вакцина проти гепатиту B, вакцина проти хвороби Лайма і детоксіцірованний кашлюкової токсин, який включений до складу АКДП-вакцини, що застосовується в Італії.

Вакцини дозволили людству досягти неймовірних результатів у боротьбі з інфекціями. У світі повністю ліквідована натуральна віспа - захворювання, яке щорічно забирає життя мільйонів людей. Це одна з найвидатніших подій ХХ століття, яке за значущістю стоїть в одному ряду з польотом людини в космос. Практично зник поліомієліт, триває глобальна ліквідація кору. У сотні і навіть тисячі разів знижена захворюваність на дифтерію, краснуху, кашлюк, епідемічний паротит, вірусний гепатит B і багатьма іншими небезпечними інфекційними захворюваннями.

Незважаючи на вражаючі успіхи, інфекційні хвороби досі залишаються однією з головних причин смертності: за даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), на їх частку припадає до 30% щорічно реєстрованих смертей на планеті. Найбільш небезпечні гострі інфекції дихальних шляхів, насамперед грип і пневмонія, інфекція вірусом імунодефіциту людини, кишкові інфекції, туберкульоз, вірусний гепатит B, малярія.

Згідно із прогнозом експертів ВООЗ, Росії та США, спалах нових або повертаються інфекцій може відбутися в будь-який час і в будь-якій точці планети. З природних вогнищ у людську популяцію практично щороку заносяться невідомі мікроорганізми. Протягом останніх 30 років ми зіткнулися з 40 новими небезпечними мікроорганізмами, які в багатьох випадках створили реальну загрозу для життя і здоров'я сотень тисяч людей. Серед них - вірус Ебола, збудник хвороби легіонерів, ВІЛ, коронавірусу та інші патогени.

Нерідко на тлі епідеміологічного благополуччя люди перестають робити щеплення, передбачені національними системами охорони здоров'я, і тоді інфекції, вважалися давно переможеними, повертаються. В останні десятиліття епідемії коклюшу, дифтерії, поліомієліту та кору зареєстровані в Японії, Росії, Азербайджані, Грузії, Таджикистані, Україні, на Гаїті, у Венесуелі і Колумбії. Показовим приклад з поверненням у середині 90-х років на територію Росії дифтерії, яка до цього часу зустрічалася лише зрідка. У результаті кампанії проти щеплень, розгорнутої псевдофахівці, дифтерію захворіло понад 100 тис. чоловік, кілька тисяч з них померли. І лише масова вакцинація дітей дозволила зупинити епідемію.                      

Повернення дитячих     інфекцій після припинення масової вакцинації                    

Міграція людей і тварин призводить до розповсюдження мікроорганізмів на нові території. Масові спалаху інфекційних захворювань виникають навіть у країнах з добре розвиненою системою охорони здоров'я, наприклад у США. У 1999 році в Нью-Йорку зареєстрували випадки лихоманки Західного Нілу, вірус якої переносять птиці. До 2002 року це захворювання спостерігали на території 44 штатів. Захворіли більше чотирьох тисяч чоловік, з яких близько трьохсот померли.

У травні 2003 року з'явилися повідомлення про захворювання, викликаний вірусом віспи мавп. У США його рознощиками стали гризуни, яких завезли з Африки як екзотичних домашніх тварин. Хвороба не отримала широкого розповсюдження тільки тому, що вчасно були прийняті протиепідемічні заходи.

З нових інфекцій, які проникли в людську популяцію, достатньо згадати спалах так званої атипової пневмонії (тяжкий гострий респіраторний синдром) у Китаї і факти зараження людей вірусом пташиного грипу (H5N1). У першому випадку причиною став змінений коронавірус, носіями якого були кажани. Було потрібно близько року для ліквідації захворювання. У другому випадку масові захворювання домашньої птиці призвели до того, що вірусом пташиного грипу за останні три роки заразилися понад сто осіб, половина з них померли. На щастя, цей вірус поки не передається від людини до людини і тому не викликає епідемій серед людей. Але ряд вчених вважають, що цілком імовірний обмін генів між пташиним і людськими варіантами вірусу, в результаті можуть з'явитися нові високопатогенні для людини варіанти (див. «Наука и жизнь» № 9, 2003 р. -- Ред .).

Вакцини проти «Неінфекційних» хвороб

На початку ХХ століття великий російський вчений І. І. Мечников висловив припущення про те, що соматичні (тобто «тілесні») хвороби і злоякісні пухлини мають інфекційну природу. «З часом, - писав він, - ймовірно, вдасться відкрити паразитів не тільки при хворобах типово інфекційного характеру, але й при хворобах зовсім іншого роду ». Вчений передбачав, що існують паразити злоякісних пухлин, а також мікроби - збудники цукрової хвороби. Гіпотеза І. І. Мечникова отримала блискуче підтвердження. тов, вивчити тривалість індукованого ними імунітету і наслідки для імунної системи.

Вакцини «за розрахунком»

Бурхливий розвиток в останнє десятиліття геноміки, біоінформатики і протеоміка призвело до зовсім нового підходу у створенні вакцин, що отримав назву «зворотний вакцінологія» (reverse vaccinology). Цей термін чітко висловлює суть нового технологічного прийому. Якщо раніше при створенні вакцин вчені йшли по низхідній лінії, від цілого мікроорганізму до його складових, то тепер пропонується протилежний шлях: від генома до його продуктів. Такий підхід заснований на тому, що більшість захисних антигенів - білкові молекули. Володіючи повними знаннями про всі білкових компонентів будь-якого збудника захворювання, можна визначити, які з них годяться в якості потенційних кандидатів на включення до складу вакцинного препарату, а які - ні.

Щоб визначити нуклеотидну послідовність повного геному інфекційного мікроорганізму, досить якщо не декількох днів, то декількох тижнів. Причому попередня робота з отриманню «бібліотек» клонів ДНК збудника вже давно виконується за допомогою стандартних наборів ферментів. Сучасні прилади для автоматичного визначення нуклеотидної послідовності в молекулах ДНК дозволяють проводити на рік до 14 млн реакцій. Повна розшифровка генома та його опис зі списком кодованих білків займають кілька місяців.                      

Рекомбінантні     технології дозволяють отримати ослаблений вірус за більш короткий час.     Для цього з геному вірусу «вирізають» ген, який відповідає за     вірулентність (хвороботворні властивості), але не впливає на розмноження і     імуногенність. Одержаний нешкідливий вірусний штам використовують для     виготовлення вакцини                    

Провівши комп'ютерний (in silico) аналіз генома, дослідник отримує не тільки список кодованих білків, але і деякі їх характеристики, наприклад приналежність до певних груп, можлива локалізація всередині бактеріальної клітини, зв'язок з мембраною, антигенні властивості.

Інший підхід до відбору кандидатів у вакцини - визначення активності окремих генів мікроорганізмів. Для цього одночасно вимірюють рівень синтезу матричної РНК всіх продуктів генів, що виробляються в клітці. Така технологія дозволяє «вирахувати» гени, залучені в процес поширення інфекції.

Третій підхід заснований на протеомной технології. Її методи дають можливість деталізувати кількісну і якісну характеристику білків для компонентів клітини. Існують комп'ютерні програми, які за амінокислотної послідовності можуть передбачити не тільки тривимірну структуру досліджуваного білка, але і його властивості та функції.

Використовуючи ці три методи, можна відібрати набір білків і відповідні їм гени, які представляють інтерес для створення вакцини. Як правило, до цієї групи входить близько 20-30% всіх генів бактеріального генома. Для подальшої перевірки необхідно синтезувати і очистити відібраний антиген в кількостях, необхідних для імунізації тварин. Очищення білка проводять за допомогою повністю автоматизованих приладів. Використовуючи сучасні технології, лабораторія, що складається з трьох дослідників, може протягом місяця виділити і очистити більше 100 білків.

Вперше принцип «зворотного вакцінологіі »використовували для отримання вакцини проти менінгококів групи B. За останні роки таким способом розроблені вакцинні препарати проти стрептококів Streptococcus agalactiae і S. рneumoniae, золотистого стафілокока, бактерії Porphyromonas gingivalis, що викликає запалення ясен, провокуючого астму мікроорганізму Chlamydia pneumoniae і збудника важкої форми малярії Plasmodium falciparum.

Важливо не тільки створити вакцину, але і знайти найкращий спосіб її доставки в організм. Зараз з'явилися так звані мукозальние вакцини, які вводяться через слизові оболонки рота або носа або через шкіру. Перевага таких препаратів у тому, що вакцина надходить через вхідні ворота інфекції і тим самим стимулює місцевий імунітет в тих органах, які першими піддаються атаці мікроорганізмів.

Терапевтичні вакцини

Звичайні вакцини призначені для попередження хвороби: щеплення роблять здоровій людині, щоб заздалегідь «Озброїти» організм засобами боротьби з інфекцією (виняток - розроблена Пастером вакцина проти сказу, яку застосовують після укусу скаженим тваринам; її ефективність пояснюється тривалим інкубаційним періодом цього вірусного захворювання). Але останнім часом ставлення до вакцин виключно як до профілактичного засобу змінилося. З'явилися терапевтичні вакцини -- препарати, які індукують імунну відповідь у хворих і тим самим сприяють одужання або поліпшення стану. Такі вакцини націлені на хронічні захворювання, викликані бактеріями або вірусами (зокрема, вірусами гепатитів B і C, вірусом папіломи, ВІЛ), пухлини (насамперед меланому, рак молочної залози або прямої кишки), алергічні або аутоімунні хвороби (розсіяний склероз, діабет I типу, ревматоїдний артрит).

Існуючі терапевтичні вакцини для лікування хронічних запальних захворювань, викликаних бактеріями або вірусами, отримують класичними методами. Такі вакцини сприяють розвитку імунітету до входять до їх складу мікроорганізмів і активізують вроджений імунітет.                      

Один з     традиційних методів ослаблення вірусів - вирощування в тваринних клітинах.     Спочатку хвороботворний вірус виділяють з культури людських клітин.     Вирощування поза людського організму саме по собі послаблює «заразність»     вірусу. Для деяких захворювань, наприклад краснухи, такої підготовки     буває достатньо, щоб отримати вакцинний штам. Проте в загальному випадку,     для того щоб отримати ослаблений штам, вірус пересаджують в середу,     приготовану з клітин тварин. Завдяки мутацій вірус пристосуватися до     новому середовищі проживання. Для створення вакцини вчені відбирають ті різновиди     вірусів-мутантів, які погано ростуть на людських клітинах, а значить,     не можуть викликати хворобу                    

Одна з найважливіших цілей розробників терапевтичних вакцин - ВІЛ-інфекція. Вже проведено серію доклінічних і клінічних випробувань декількох препаратів. Їх здатність викликати розвиток клітинного імунітету у здорових людей не викликає сумнівів. Однак переконливих даних про те, що вакцини пригнічують розмноження вірусу у хворих, поки немає.

Великі надії в лікуванні порушень імунітету при ракових захворюваннях пов'язані з дендритними вакцинами. Їх роблять на основі дендритних клітин - особливого різновиду лейкоцитів, які займаються пошуком потенційно небезпечних мікроорганізмів. Дендритні клітини «патрулюють», перш за все, слизові оболонки і шкіру, тобто органи, контактують із зовнішнім середовищем. Зустрівши патогенну бактерію або вірус, дендритні клітини поглинають чужинця і використовують його білки-антигени для того, щоб активізувати імунну систему на боротьбу з ворогом.

Схема виготовлення дендритних вакцини така: з крові хворого виділяють клітини, які дають початок дендритні клітини, і розмножують їх у лабораторних умовах. Одночасно з пухлини пацієнта виділяють білки-антигени. Дендритні клітини деякий час витримують разом з пухлинними антигенами, щоб вони запам'ятали образ ворога, а потім вводять хворому. Така стимуляція імунної системи змушує організм активно боротися з пухлиною.

дендритні вакцини можна використовувати для лікування як спонтанних пухлин, так і новоутворень, асоційованих з вірусами. Перші результати випробування дендритних протиракових вакцин на людях (у невеликих групах пацієнтів IV стадії захворювання) показали нешкідливість таких вакцин, а в ряді випадків зареєстрований позитивний клінічний ефект.

У мишей дендритні вакцини допомагають попередити повторне розвиток карциноми після видалення пухлини. Це дозволяє сподіватися, що вони будуть ефективні для продовження безрецидивного періоду онкологічних хворих після хірургічного втручання.

У XX столітті успіхи вакцінологіі визначалися, перш за все, перемогами над черговою небезпечною інфекцією. З розвитком наших уявлень про роботу імунної системи сфера застосування вакцин постійно розширюється. Є надія, що в XXI столітті вакцини допоможуть знизити захворюваність діабетом, міокардитом, атеросклерозом і іншими «неінфекційними» хворобами. Повним ходом йде розробка препаратів для імунопрофілактики та імунотерапії онкологічних захворювань. У перспективі - створення засобів імунологічного захисту від наркозалежності і куріння, конструювання вакцин для лікування і попередження алергії, аутоімунних захворювань.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru/