РНК ваксините няма само да сложат край на пандемията – вероятно ще променят имунологията завинаги

Когато новият COVID-19 започна да заразява хората в края на 2019 г., имунната ни система не беше подготвена. Вирусът атакува белите дробове на милиони и причини много смъртни случаи и дългосрочни усложнения – от сърдечни проблеми и проблеми със съсирването на кръвта, до бъбречни, неврологични и психични изменения. Една част от тези от нас, които вече са се преборили с вируса, са изпитали продължителни здравословни проблеми, като при някои от тях те продължават месеци след първоначалните сведения за заразяване. Вирусът е развил почти перфектен механизъм за заразяване и атакуване на човешкото тяло и на практика ефектът и пораженията, които може да причини на различните хора, са непредсказуеми.

Когато мащабът на пандемията стана ясен, беше очевидно, че ще има само един изход от нея: ще ни трябва ваксина. Първоначалният въпрос „ще се разработва ли ваксина?“ много бързо се трансформира към „как можем да подпомогнем по-бързото разработване на ваксина?“, като за по-голямата част от широката общественост, тази трансформация дори остана невидима. Пред повечето хора обаче, дилемата вече не беше да се притесняват ли за здравето си, а какво могат да направят на индивидуално ниво, за да намалят риска от разпространение.

Сега, само 11 месеца след разкриването на генетичния код на коронавируса, има поне три кандидат ваксини, които постигат над 90% ефективност, а частните компании, правителствата и обикновените хора се надяват пандемията да приключи колкото се може по-скоро. Фармацевтичните гиганти се надяват да помогнат за слагането на край на пандемията чрез използване на новаторска технология за произвеждане на ваксини, която може да промени начина и опита на цялата научна общност, на база на които ще се справяме със заразните заболявания и в бъдеще.

Биотехнологичните гиганти Pfizer, Moderna и AstraZeneca обявиха своите предварителни резултати от третата фаза на клиничните изпитвания на разработваните от тях ваксини, които ни обнадеждават да вярваме, че краят на пандемията е видим и е в обозримо бъдеще. И трите компании работят независимо, в партньорство с други частни компании, правителства и университетски изследователски екипи. Първата ваксина, за която бе оповестено, че достига над 90% ефективност при предотвратяването на заразяване с COVID-19, е в разработка на Pfizer и немската компания BioNTech, които внесоха искане за разрешение за спешна употреба на ваксините им пред Американската администрация по храните и лекарствата. Очаква се Moderna и AstraZeneca да последват тези действия през следващите няколко седмици.

Ускореното разработване на ваксини и тестването им са грандиозно и безпрецедентно постижение. Създаването на ваксини може да отнеме повече от десетилетие, но и трите фармацевтични компании са разработили кандидат ваксините само за около 10 месеца. Техните успехи се дължат отчасти на принципа на проектиране на ваксините.

Ваксините на Pfizer и Moderna използват синтетична информационна РНК (иРНК), молекула, която дава указания на клетките как да изграждат определени протеини. С нея клетките могат да бъдат протеини, които обикновено се съдържат в SARS-CoV-2, вирусът, който причинява COVID-19, и да стимулират имунната система да произведе съответните антитела, без пациентите да се разболяват реално.

Това са първите две ваксини, които използват тази новаторска технология. Ако те в действителност са толкова ефективни, колкото показват първоначалните данни, те биха могли да поставят началото на нова ера в разработването на ваксини и терапевтични препарати. Със значително усъвършенстване, иРНК ваксините биха могли да лекуват не само вирусни заболявания като COVID-19, но и наследствени заболявания, алергии и дори рак. „Мисля, че в бъдеще ще видим някои доста невероятни пробиви, базирани на тези технологии“, казва Лариса Лабзин, имунолог от университета в Куинсланд, Австралия.

По този начин, ако в неизвестно хипотетично бъдеще изненада имунната ни системи, иРНК ваксините ще имат потенциала да я спрат по-бързо от всякога.

Клетките ни са фабрика за протеини. Почти всяка клетка в животинските тела, в това число и в човешките, разполага с обособено ядро, където се съхранява ръководството за употреба и възстановяване на тялото – ДНК информацията. ДНК съдържа две нишки, усукани в двойна спирала, съставена от четири бази. ДНК нишките, които съдържат тези бази, образуват нашите гени.

Ако продължим метафората, че ДНК е ръководството за употреба и възстановяване на телата ни, то гените са като основните глави и раздели в това ръководство. Те съдържат информацията, необходима за изграждането на специфични протеини. Но четенето на тази информация изисква няколко стъпки. ДНК веригите трябва да се разархивират, така че да е достъпна само една верига бази. Веднъж разархивиран, един ензим се нанася и изгражда огледален образ на единичните вериги в процес, известен като ДНК транскрипция. Тази единична верига представлява иРНК. След като клетката премести иРНК към рибозомите, те са в състояние да изграждат протеини. Оттук става ясно как точно работят новите ваксини: Можете да пропуснете разархивирането на дадена ДНК и да предадете на клетката директно иРНК, което да ѝ позволи да произвежда всеки протеин, който поискате.

Право в целта

Въпреки огромните опустошения, които коронавирусът вече причини върху милиони човешки тела, както и върху почти целия ни свят, сам по себе си, макар и прецедентен, в същината си не е толкова сложен. Излиза, че неговото най-голямо оръжие, шиповидния протеин, благодарение на който успява да заразява човешкото тяло толкова ефективно, всъщност е и неговата ахилесова пета.

Невъзможно е да следите дигиталното пространство и досега да не сте виждали как изглежда клетката на новия вирус наблюдаван под микроскоп. Най-голямо впечатление правят неговите остри протеинови шипове, от които произхожда и неговото име. В сърцевината на тази клетъчна топка се намира целия генетичен код, благодарение на който вирусът се репликира в телата ни. Шиповете, които излизат от клетката на SARS-CoV-2, ѝ позволяват да се заселва в човешките клетки бързо и успешно, а скоростта, с която успява да вмъкне своите генетични инструкции, за да направи повече копия от себе си, е умопомрачителна.

„Мисля, че в бъдеще ще видим някои доста невероятни пробиви в имунологията, благодарение на тези технологии.“, казва Лариса Лабзин, имунолог в Университета в Куинсланд.

Веднага след като беше изучен генетичният код на SARS-CoV-2 в началото на януари, учени и изследователи веднага се насочиха към шиповидния протеин на клетките. Проучванията от предишната пандемия на SARS през 2002 – 2003 г. показват, че именно протеинът е ключовият детайл, около който учените трябва да се концентрират, при разработването на ваксина, тъй като именно неговата роля е критична при заразяването на човешките клетки.

Ранните изследвания показват, че когато имунните клетки идентифицират протеина, някои от тях бързо произвеждат антитела за неговото неутрализиране, а други се насочват към убиването на всички вече заразени клетки. Важното е, че някои имунни клетки записват трайно взаимодействието, което са имали с клетките на вируса, именно което позволява тяхната навременна реакция при всеки следващ контакт с тях.

Има няколко различни технологии масови технологии за производство на ваксини, които научната общност познава, но всички те имат една и съща цел – опитват да се заблудят имунната система да реагира така, сякаш се е сблъсквала с вируса и преди, така че да може да реагира, както казва Лабзин.

В миналото ваксините са се произвеждали чрез използването на отслабени версии на даден вирус или чрез изолиране на специфични фрагменти от него, за да бъде стимулиран имунитета. Така например при ранните ваксини от миналия век срещу някои от най-популярните щамове, които са засягали децата и юношите,  са се наблюдавали някои леки симптоми на вируса, срещу който имунизират – например вдигане на температура. Макар и при съвременните ваксини това да не се случва, именно това действие е причината някои родители на деца да очакват, че след поставяне на някои от съвременните задължителни ваксини, те могат да вдигнат висока температура или да изпитват общо неразположение.

Ваксината срещу Човешкият папилома вирус (HPV) например, съдържа фрагменти от четири различни HPV щама. По същия начин, някои COVID-19 ваксини в процес на разработване използват инактивирани клетки на вируса или силно отслабени такива. В тези ваксини вирусните клетки са манипулирани по такъв начин, че да стимулират имунната система, но са променени, за да се гарантира, че няма да разболеят пациента.

Ваксината на Оксфордския университет и фармацевтичната компания AstraZeneca, за която по-рано днес съобщихме, че е постигнала ефективност над 90%, използва различен метод от този на иРНК. При нея се използва именно вкарването на инактивирани фрагменти от вируса, благодарение на които имунната система се обучава как да реагира. В повечето случаи, тези фрагменти са получели чрез лабораторно заразяване на шимпанзета.

Ваксините на Pfizer и Moderna са напълно различни. Те доставят синтетична иРНК до клетките и в исторически план представляват първите ваксини в историята на борбата с инфекциозните заболявания, които са предоставени по този начин.

Plug-and-play ваксина

Не е изненадващо, че ваксините на принципа на иРНК са с предимство в надпреварата сред кандидат ваксините срещу коронавируса.

Така през последните няколко години компаниите BioNTech и Pfizer си партнираха в опит за създаването на ефективна ваксина против грип, но имаше много несигурност и опасения относно това колко успешна би могла да бъде една такава ваксина. Но сега глобалната пандемия предостави възможност наистина да се изпробва новата стратегия за ваксиниране.

Данните на Pfizer предполагат, че нейната иРНК ваксина е 95% ефективна. Moderna казва, че нейната ваксина има ефективност на 94,5% според третата фаза на клиничните изпитвания. Едно от най-големите предимства на иРНК ваксините е, че те са много бързи и лесни за производство. Когато други видове ваксини отнемат седмици лабораторна работа, молекулите на иРНК могат да бъдат събирани и поставят във ваксина в рамките на дни. Въпреки това обаче, иРНК ваксините са крехки и молекулите са уязвими към унищожаване. В резултат на това иРНК ваксините изискват специално съхранение при свръхниски температури. Ваксините на Pfizer трябва да се съхраняват при температури от -70 градуса по Целзий, което означава, че ще са необходими специализирани хладилни камери за транспорт и съхранение. Ваксината на Moderna изисква значително по-ниска температура на съхранение от -20 градуса по Целзий, но това все още изисква специално съхранение. Изключение прави ваксината на AstraZeneca и Оксфорд, която може да бъде съхранявана като всяка друга ваксина в стандартни условия.

Можем ли да сложим край на всички пандемии?

Тепърва ще видим колко добре се справят иРНК ваксините в дългосрочен план. Краят на настоящата пандемия все още е далеч. Резултатите, които ни дават големи надежди сега, са предварителни и изискват обширен партньорски преглед .Дори да преминат това препятствие и проблемите с дистрибуцията и съхранението им да бъдат изгладени, все още ще мине доста време, преди COVID-19 окончателно да остане зад гърба ни.

И все пак първоначалните резултати показват, че и двете иРНК ваксини са безопасни и изненадващо ефективни. Ще са необходими анализи и проследявания в продължение на години, за да се разбере за колко дълго ваксините дават имунитет на хората и колко ефективен е той – могат ли изобщо да предотвратят заболяването напълно, като ни дадат шанс да забравим за болестта и да отворим световните икономики и граници, или просто ще помогнат за забавяне на разпространението на COVID-19?

Независимо, че все още не знаем отговора на този въпрос, не можем да не отбележим, че малките успехи означават скок в развитието на ваксините. Ако иРНК ваксините могат наистина да създадат „plug-and-play“ ваксина, ние можем да ги използваме на практика дори за борба с различни видове на рак. Някои видове рак използват много специфични протеини, които тялото разпознава като чужди. Чрез декодиране на иРНК, която произвежда тези протеини, изследователите могат да произвеждат специално създадени ваксини срещу рак – наистина амбициозна цел, но подкрепена на факта, че вече има клинични проучвания, които са показали успешно обучаване на човешките имунни клетки за справяне с рака на белия дроб, простата и пикочния мехур.

Това не означава, че Moderna или Pfizer ще могат да превърнат ваксината си срещу COVID-19 в лек срещу рака на простата или белия дроб още утре. Тук аналогията plug-and-play донякъде се разпада, но шансовете са наистина обещаващи.

„Когато промените иРНК последователността в една ваксина, е много вероятно да се върнете в съвсем начална фаза от нейното разработване, за да бъде тя безопасна. Именно безопасността е най-важният параметър за ваксините. Ето защо отнема толкова много време, докато една ваксина бъде тествана и внедрена.“

В утрешния ден

Когато успеем да се справим с настоящата пандемия, почти е сигурно, че някога в бъдещето ще се сблъскаме с нова – неизбежно това е един от най-големите масови световни рискове за хората, който не може да бъде лесно избегнат. Но опитът, който трупаме сега, в научен и житейски аспект, определено ще ни помогне да реагираме много по-бързо и ефективно, ако някога това се случи.