Заразиться, чтобы выжить: как работают вакцины
Иммунная система — это армия, постоянно воюющая против агрессоров, угрожающих постоянству внутренней среды организма и самому его существованию. Разведка и контрразведка этой армии выявляет и врагов, и предателей — собственные клетки организма, из-за случайных мутаций представляющие для него опасность. Отделы собственной безопасности следят за чистотой своих рядов и пресекают возникновение аутоиммунных реакций, при которых уничтожаются здоровые клетки. Иногда они с этим не справляются — аутоиммунную природу имеют многие распространенные заболевания, например диабет I типа, при котором иммунная система атакует бета-клетки поджелудочной железы. Во внештатных (не предусмотренных эволюцией) ситуациях иммунитет начинает бороться с пересаженным органом или перелитой кровью неподходящей группы.
А одна из типичных штатных ситуаций — повторный переход границы группой диверсантов из однажды разгромленной банды. На этот случай в архивах иммунологической памяти хранятся данные обо всех встреченных врагах, и если организм победит инфекцию один раз, то чаще всего при повторном контакте с патогеном иммунитет успевает уничтожить его раньше, чем микробы или вирусы размножатся и вызовут болезнь.
Метод научного тыка
В конце XVIII века, когда Дженнер рискнул проверить свою (по тем временам безумную) гипотезу и привил натуральную оспу мальчику, которого сам же предварительно заразил не опасной для жизни коровьей оспой, не было известно даже того, что причиной заразных заболеваний являются микроорганизмы. Почти через сто лет, когда Пастер разработал методику выработки искусственного иммунитета с помощью ослабленных возбудителей болезней (и назвал ее вакцинацией, почему-то в честь коровы — vacca, а не Дженнера), Мечников и Эрлих делали самые первые шаги в разработке теории иммунитета. А пастеровская вакцина от бешенства спасала людей от неминуемой смерти за десятки лет до открытия первого вируса.
И сейчас вакцинологи продолжают на шаг опережать иммунологов: как именно действуют разработанные против десятков болезней вакцины, до конца не известно. Но они работают — и ежегодно спасают миллионы жизней.
Технологии двойного назначения
Вторую после Дженнера и первую научно обоснованную вакцину Пастер открыл случайно: культура возбудителей куриной холеры, простоявшая дольше положенного срока в термостате, перестала вызывать заболевание. К счастью, Пастер сумел понять, что произошло, когда тех же кур заразили вполне жизнеспособными микробами — и тоже безрезультатно. Этот метод применяется до сих пор: ослабленные или мутантные штаммы, потерявшие способность вызывать болезнь, составляют основу знакомых всем вакцин против гриппа, кори, свинки — и полиомиелита, туберкулеза, сибирской язвы, чумы и других особо опасных инфекций.
Штамм, потерявший заразность в результате мутации, может так же случайно восстановить свои вирулентные свойства. А ведь многие вакцины приходится делать из убитых, но вполне полноценных возбудителей — от того же гриппа, бешенства, брюшного и сыпного тифа, холеры и многого другого. И для лечения уже заболевших дифтерией, столбняком, ботулизмом, сыпным и брюшным тифом, гепатитом А и т. д. применяются анатоксины (обезвреженные микробные яды) или антитоксические сыворотки (выделенные из крови животных антитела к токсинам), а для этого тоже приходится иметь дело с опасными вирусами и бактериями.
Расщепленные и субъединичные вакцины, в отличие от живых и убитых, исключают риск заразить пациента, но для получения белков-антигенов тоже приходится выращивать вирусы гриппа (опять грипп!), холерных вибрионов или менингококков.
Во всем мире производство вакцин находится под присмотром военных. Во‑первых, на случай возможной бактериологической атаки потенциальным противником или террористами необходимо обновлять стратегические запасы вакцин против самых опасных болезней. Во‑вторых, понятно, какие мысли вертятся под генеральскими фуражками, несмотря на все соглашения о запрещении биологического оружия. И даже при отсутствии злого умысла на любом таком производстве может случиться катастрофа страшнее чернобыльской.
Образ врага
Иммунная система опознает противника по антигенам — белкам и другим сложным органическим молекулам, нехарактерным для собственных клеток организма. Полисахариды и другие полимеры, состоящие из повторяющихся участков, имеют одинаковое или схожее строение у тысяч видов микробов, с которыми организм уже встречался множество раз. Покрывающие стенки бактерий полисахариды и их комплексы с белками или жирами активируют общие механизмы иммунитета задолго до того, как специализированные клетки иммунной системы разберутся, что угрожает организму на этот раз, и накопят силы для целенаправленной борьбы именно с этим патогеном. Убитые бактерии, вызывающие особенно сильный неспецифический иммунный ответ, или отдельные фракции разрушенных бактерий часто используют в качестве адъювантов — добавок, усиливающих эффективность вакцин.
Молекулы со сложным строением, характерным для конкретного возбудителя, клетки иммунной системы опознают по эпитопам — специфическим для данной молекулы участкам. Чтобы опознать белок, антителам достаточно характерного по конфигурации участка из 8−15 аминокислот. На каждом белке могут располагаться десятки эпитопов, а клеточная оболочка бактерии состоит из сотен видов антигенов — веществ, вызывающих синтез антител. В вакцинах, полученных из целых микроорганизмов, содержится множество разных белков и полисахаридов, в том числе и такие, которые не вызывают формирования иммунитета к данному патогену. При разработке химических вакцин из клеток возбудителей выделяют необходимый и достаточный для выработки иммунного ответа набор антигенов. Следующий шаг в этом направлении — синтетические вакцины, имитирующие бактериальные или вирусные белки (реже — полисахариды).
А с появлением генной инженерии появилась еще одна возможность создавать вакцины без работы с патогенными микроорганизмами.
Микробы против микробов
Подобрать подходящий состав питательной среды для микроба, за миллионы лет приспособившегося жить в организме хозяина, очень сложно. Для выращивания культур вирусов необходимы живые клетки, желательно — любимого или единственного хозяина. Это — одна из главных причин, снижающих эффективность вакцинации от гриппа: чтобы наработать количество доз, достаточное хотя бы для вакцинации групп риска, необходимо приступить к заражению оплодотворенных куриных яиц за полгода до эпидемии. А прогнозы штаммов следующего сезона, несмотря на все усилия ВОЗ, зависят от сроков так же, как метеорологические прогнозы: чем ближе, тем точнее.
Методика выращивания вируса гриппа на культуре клеток, выделенных из собачьей почки, — несомненный шаг вперед (другие вирусы растят на других клетках — например, из яичников японского хомячка). Аллергия на недоочищенные белки млекопитающих встречается реже, чем на яичный белок, и время наработки нужного количества вакцины при использовании клеточных культур уменьшается.
Но выращивать клетки млекопитающих намного дороже и сложнее, чем культуры широко применяемых в промышленности микроорганизмов. А если вставить гены наиболее характерных для какого-нибудь патогена белков в геном кишечной палочки или другого неприхотливого и хорошо изученного друга генетиков и микробиологов, можно решить сразу несколько проблем. Из-за нескольких чужих генов безвредный микроб ни при каких обстоятельствах не превратится в заразного, тем более что не обязательно внедрять в него ген полноценного белка — можно синтезировать «учебные модели», несущие отдельные эпитопы. Выход нужных белков из литра культуры при этом можно увеличить в разы, а то и в десятки раз. Производство таких вакцин будет безопасным, а потребителю генноинженерные вакцины обойдутся дешевле.
Сам себе биореактор
О растениях, синтезирующих съедобные вакцины, и об антителах, которые производят генетически модифицированные коровы и куры, мы уже писали. Но в качестве биореактора можно использовать и наш собственный организм!
ДНК-вакцина — это бактериальная плазмида с встроенными в нее генами, кодирующими один или несколько белков оболочки патогенного микроорганизма, чаще всего — вируса. При внутримышечном введении часть таких плазмид попадает в ядра клеток (не только миоцитов, но и находящихся в мышцах макрофагов и дендритных клеток, основная работа которых и состоит в обнаружении чужих белков и сообщении о таких находках Т-лимфоцитам) и сохраняется там 3−4 недели.
В отличие от вирусов, которые заставляют ферменты хозяина создавать свои копии, такая плазмида не способна размножаться. А вот синтез закодированных в ней белков возможен, и в ответ на их появление в организме вырабатывается такой же иммунитет, как при контакте с вирусом. Многокомпонентные ДНК-вакцины могут содержать не только гены нескольких белков одного или нескольких вирусов, но и гены, кодирующие биологически активные молекулы, которые стимулируют иммунные реакции.
Личное и общественное
В разговоре о вакцинах нельзя обойти вопрос о побочных эффектах вакцинации. Да, осложнения возможны — от слабенькой местной воспалительной реакции до анафилактического шока. Но при разработке вакцин требование №1 — безопасность, и по-настоящему серьезные последствия случаются исключительно редко. Те же самые осложнения у «отказников» возникают в тысячи и даже десятки тысяч раз чаще. А ни один из слухов об опасности очередной вакцины так и не подтвердился. У вакцин, предназначенных, например, для защиты личного состава в очаге применения бактериологического оружия, побочных эффектов может быть больше, но от таких вакцин требуется вначале безопасность, и только потом — эффективность.
Реальные противопоказания к прививкам есть не более чем у одного человека из ста, да и эта цифра сильно завышена — врачи предпочитают перестраховаться, в том числе и из шкурных соображений: каждый случай тяжелых осложнений после прививок становится поводом для детального разбирательства.
В среднем вакцинация обходится в 10 раз дешевле, чем лечение болезни. А главное — те, кто отказываются от рекомендованных Минздравом прививок, не только рискуют сами, но и становятся потенциальным источником заразы для окружающих.
А вы сделали прививку против гриппа?
Обсудить 0
