Пандемия коронавируса в 2020 году серьезно потрясла мир. Ранее паразитировавший на летучих мышах вирус после мутации перекинулся на людей и вскоре охватил большую часть земного шара. В этих условиях было необходимо найти способ создать, причем быстро, эффективную вакцину. В дело пошли последние достижения в области генного редактирования. В итоге на Западе были созданы вакцины, берущие за основу деятельность молекулы РНК - например, вакцина компании Pfizer/BioNTech. В России был создан «Спутник-V» - так называемая векторная вакцина. Обе они по принципу действия существенно отличаются от обычных вакцин, которые всем нам кололи в детстве. В этой статье мы разберем, как они работают.
Что такое вакцина
Начать следует с того, что вообще представляет собой вакцина. Заболевания у человека могут вызывать или бактерии, или вирусы. С бактериями можно бороться с помощью лекарств, в частности, антибиотиков. Вирусы слишком малы, чтобы на них действовали лекарства. По сути, это капсулы с генетическим материалом, сходным по типу с тем, что есть у нас в клетках - ДНК и РНК. Настоящее злодейство заключается в том, как он воспроизводится. Для этого он проникает в клетки и заставляет их воспроизводить копии самого себя. Нашим клеткам все равно что воспроизводить - это химические фабрики, которые печатают все, что кружится вокруг в форме рецептов, записанных на молекулах РНК. Вирусу достаточно подсунуть им чертеж самого себя, и вскоре вся клетка окажется заполнена его копиями. Иными словами, вирусы - это паразиты, которые используют механизмы работы наших клеток.
Конечно, организм не может оставить это просто так, и вскоре имунная система вырабатывает антитела, борющиеся с тем или иным вирусом. Но не всегда скорость работы иммунной системы превышает темп уничтожения клеток, особенно у детей. Но что если тренировать иммунитет заранее? Чтобы при контакте у человека уже были соответствующие антитела? Именно такой способ придумал в 1790-м году врач Эдвард Дженнер. Конечно, в то время он ничего не знал ни об иммунитете, ни об антителах. Однако он заметил, что косившая всех в Англии оспа не действует на доярок. Он подумал, что это как-то связано с коровами, которые были заражены своей разновидностью оспы. Взяв гной из нарыва зараженной коровы, он втер его в рану восьмилетнего мальчика, сына своего садовника (о согласии садовника или мальчика на подобное история умалчивает). После того, как тот слегка переболел коровьей разновидностью, он ввел ему уже натуральную оспу. Мальчик не заболел. Не заболел он и после следующих введений.
Так появились вакцины (слово, кстати, происходит от латинского «vac» - корова, напоминая об эксперименте Дженнера). С тех пор вакцины представляли собой ослабленные формы вирусов. Их вкалывали с целью приобретения иммунной системой необходимых антител, чтобы иммунитет тренировался на побитом враге. Коронавирусная инфекция выявила недостаток этого подхода. Ему недоставало скорости - чтобы сделать ослабленный вирус, нужно было сначала его вырастить в куриных яйцах. Нужен был новый совершенно новый подход. Мы поговорим о двух - РНК-вакцине и векторной.
РНК-вакцина
Для того, чтобы понять принцип ее работы, нужно усвоить механизм работы ДНК и РНК. Говоря очень упрощенно, ДНК - это штаб командования клетки и одновременно база чертежей. Там принимаются решения, что и как производить на химических заводах внутри клеток. Но от ДНК к этим заводам чертежи еще нужно доставить. Эту функцию выполняет как раз молекула РНК (точнее, мРНК, ее матричная разновидность, но в эти детали, если вы не биолог, лучше не вникать). Она переносит инструкции, мини-заводы беспрекословно создают белки по чертежам.
Так вот, РНК-вакцина - это фрагмент мРНК с информацией по производству самого вируса. Он проникает в клетки и дает заводам чертежи вируса. Именно так - ваши клетки сами создают вирус, с которым будет бороться иммунная система. Это как если бы во время войны шпионы присылали домой чертежи секретной вражеской техники, там их воплощали в муляжи и потом на них тренировались бы солдаты. Конечно, воспроизводится не весь вирус целиком, а только его часть - белок-шип поверхности, который цепляется к нашим клеткам. Но иммунной системе и этого достаточно.
Есть еще ДНК-разновидность подобной вакцины, которая доставляет всю базу данных внутрь клетки. Из нее потом создаются мРНК, которые опять же переносят чертежи по созданию вируса. Словом, принцип почти тот же самый. Но с этой вакциной возникает проблема. У нас в клетке уже есть командный центр с ДНК - ядро клетки - и вход туда строго воспрещен. Точнее, попасть в ядро можно, но нужно прибегать к достаточно жестоким способам. Например, через место инъекции пропускают электрический ток.
В этом отношении РНК-вакцина гораздо эффективнее. Током бить никого не надо, остается лишь преодолеть сам барьер клетки. Это было сделано с помощью липидных наночастиц. Это такие пузыри жира, в которых заключены молекулы мРНК и которые легко усваиваются поверхностью клетки.
Обе самых распространенных в мире вакцины от коронавируса это именно РНК-вакцины - Pfizer/BioNTech и Moderna. Но наш «Спутник-V» работает по-другому.
Векторная вакцина
Итак, один из способов занести в клетку вирус - через посыльного с чертежами в форме РНК. Но что если использовать другой вирус? Звучит парадоксально, но дело здесь в методе доставки вакцины в клетку. Вот эти липидные наночастицы, о которых мы писали выше, не так просто производить. А вот вирус за миллиарды лет эволюции уже наловчился проникать в клетку без всяких частиц. Так зачем возиться что-то придумывать, если можно взять какой-нибудь беззубый вирус в качестве «взломщика» клетки и на нем перенести ген с инструкциями производства вируса, с которым мы на самом деле боремся? Звучит запутанно, но на самом деле все очень просто.
Один из подобных «взломщиков» - аденовирус человека. В обычных условиях он вызывает у нас простуду. В «Спутнике» он был модифицирован так, что несет ген с белковой частью коронавируса. Как и в случае с РНК-вакциной, химзаводы в вашей клетке делают вирус сами. Если раньше мы приводили аналогию со шпионами, то теперь представьте, что партизаны на войне приехали к основным войскам на трофейной технике. Высовываясь из танка, они махают руками и отчаянно жестикулируют, что они свои. У них в руках чертежи секретной техники врага, по которым будут делать муляжи для тренировки войск.
Почему нам колют два компонента такой вакцины? Вот тут мы подходим к недостатку такого типа. Дело в том, что к аденовирусу у человека может быть иммунитет. В таком случае вакцина не подействует - вирус даже не дойдет до клеток, будучи под ударом иммунной системы. Два компонента «Спутника» содержат два разных вида аденовируса. То есть, если человек иммунен к одному, то, скорее всего, не будет иммунен к другому. Другие вакцины такого типа обходят проблему иначе - используется аденовирус шимпанзе, против которого у нас иммунитета обычно нет.
Следует ли опасаться?
Вакцинация вызвала много опасений в обществе как раз из-за нового метода действия. Могут ли РНК и векторные вакцины вмешиваться в генетический код и как-то встраиваться в наши клетки? Ответом будет безусловное нет, а причины выводятся из самого метода действия этих вакцин. Для того, чтобы вмешаться в геном, вакцина должна преодолеть барьер ядра внутри клетки, где находится ДНК. Ни РНК-вакцина, ни векторная вакцина этого не могут. РНК-вакцина - просто посланник для белковых заводов, она никак не контактирует с ДНК. Векторная вакцина выполняет ту же функцию, только там переносится ген, который тоже никак в ядро нашей клетки не попадет. Выполнив свою миссию, они в течение короткого времени просто растворяются.
Следует, возможно, насторожиться, если врачи вдруг заговорят про ДНК-вакцины. Это уже вмешательство в базы данных наших клеток, откуда исходят приказы для их жизнедеятельности. Потенциально можно привнести в ядро очень много вредных инструкций, например, о создании раковых клеток. Я, впрочем, не сторонник теории заговора и не думаю, что объявится безумный врач с таким планом. Но тут имеет значение сама данная возможность. Если мы примиримся с идеей, что вмешиваться в святая святых клетки - это нормально, то рано или поздно кто-то наверняка начнет этим злоупотреблять.
Что касается РНК-вакцин, то они вполне безобидны. Когда мы говорим о глобальных эпидемиях, важна скорость реакции медицинского сообщества, и этот метод действительно является быстрым. Иначе нам придется заставлять кур нести очень много яиц.