Биология

Высушенные конъюгатные вакцины обошлись без заморозки

Высушенные конъюгатные вакцины обошлись без заморозки

Jessica C. Stark et al. / Science Advances, 2021

Ученые создали конъюгатную вакцину, для финальной стадии производства которой необходимо лишь добавить небольшое количество воды непосредственно за час до инъекции. До этого момента сухая смесь не требует хранения в холоде, благодаря чему ее можно транспортировать в удаленные регионы. Систему, которую предложили авторы опубликованной в Science Advances работы, можно пересобирать под различные бактериальные патогены.

Конъюгатные вакцины обычно состоят из специфичного для патогенной бактерии полисахаридного антигена (компонента капсулы либо внешней мембраны), который соединен с иммуностимулирующим белком-носителем. Такие вакцины — один из самых безопасных и эффективных методов предупреждения бактериальных инфекций. Например, применение конъюгатных вакцин значительно снизило частоту возникновения пневмококковых и менингококковых инфекций во всем мире. Но несмотря на доказанную безопасность и эффективность, лишь около 30 процентов детей во всем мире вакцинированы, и отсутствие доступа к вакцине остается причиной большинства инфекций, которых можно было бы избежать.

На данный момент производить конъюгатные вакцины трудно и дорого. Традиционный способ производства подразумевает химическое соедининие белком-носителем с полисахаридными антигенами, полученными из выращенных патогенных бактерий. Масштабная культивация патогенов опасна и затратна. Кроме того, соединение антигена с белком-носителем химическим способом может изменить структуру полисахарида и привести к снижению эффективности вакцины.

Еще одним препятствием на пути массовой вакцинации встает проблема транспортировки и хранения вакцин — необходима заморозка, чтобы предотвратить порчу полисахаридов. Экономические и логистические проблемы мешают обеспечить вакцинами население, особенно в странах с низким или средним доходом. Наглядный пример — вакцина от менингококковой инфекции, которую можно было хранить при комнатной температуре до четырех дней, снизила в два раза стоимость вакцинации в Тропической Африке. Поэтому ученые ищут единую спасительную технологию, которая бы снизила затраты на производство и транспортировку вакцин, а также повысила устойчивость средств при разных температурах.

В связи с этим, внимание исследователей привлекает технология, которую уже некоторое время предлагает синтетическая биология: бесклеточный синтез белка. Этот подход позволяет производить белки, используя лизат бактерий (расщепленные бактерии), а не живые клетки. Преимуществ такой системы много: необходимое количество вещества может быть получено в одной пробирке всего за несколько часов; платформу для производства — клеточный лизат — можно заморозить, высушить, транспортировать при комнатной температуре и восстановить добавлением небольшого количества воды. Сама система при этом безопасна: нет живых патогенных клеток — нет и угрозы.

Ученые из Северо-Западного университета под руководством Майкла Джеветта (Michael Jewett) предложили создавать вакцины от широкого спектра бактериальных патогенов с помощью подобной платформы. Общая схема создания вакцины, описанная авторами работы, выглядит следующим образом: сначала в безопасный штамм кишечной палочки E.coli вводят те гены патогенной бактерии, которые позволяют ей выработать необходимые для вакцины полисахариды. Затем целые клетки бактерий расщепляют, и в пробирку добавляется плазмида с геном, кодирующим белок-носитель вакцины. 

Полученную смесь можно заморозить, высушить и транспортировать при комнатной температуре. Уже при необходимости надо просто добавить в пробирку воду, которая запустит реакцию синтеза белка-носителя и соединения антигена с ним. Реакция идет час, после чего концентрация полученных веществ достаточна, чтобы вызвать иммунный ответ у человека.

Общая схема предложенного процесса производства вакцины

Jessica C. Stark et al. / Science Advances, 2021

Ученые сначала проверили возможность бесклеточного синтеза восьми разных белков-носителей. Конечная концентрация необходимых веществ составила от 50 до 650 микрограмм на миллилитр. Два белка были растворимы почти на 100 процентов, и их концентрация была 200 и 500 микрограмм на миллилитр, соответственно. Примечательно, что для семи из восьми белков выход продукта был практически одинаковым при разных температурах — 25, 30 и 37 градусах Цельсия. Таким образом, для стадии синтеза белка-носителя нет необходимости поддерживать точную температуру.

Опытную вакцину исследователи решили создать против туляремии, заболевания, вызываемого грамотрицательной бактерией Francisella tularensis. Бактерия характеризуется низкой инфицирующей дозой, и заболевание может передаваться через аэрозоль патогенов. Несмотря на то, что вакцин против F. tularensis еще не существует, уже показана роль липополисахаридов бактерии в формировании иммунитета к ней. Ученые трансформировали безопасный штамм кишечной палочки E.coli генами, которые позволяют запустить формирование в ней липополисахаридов F. tularensis. Стоит отметить, что исследователи предварительно изменили геном палочки таким образом, чтобы один из компонентов ее внешней мембраны, липид А (эндотоксин), который крайне опасен для человека, менял свою структуру и терял токсичность. Кроме того, ученые снабдили кишечную палочку генами, необходимыми для экспрессии фермента, который осуществляет реакцию соединения бактериальных антигенов с белками-носителями. Через некоторое время бактерии расщепили, и смесь соединили с плазмидой, несущей ген белка-носителя. В результате эффективность соединения полисахаридов и наработанных белков составила 69±5 процентов. 

На весь процесс синтеза белков и реакции соединения ушел один час, и максимум продукта наблюдался во временном промежутке 45-75 минут. Результат реакции был одинаковым для широкого диапазона температур, от 21 до 37 градусов Цельсия. Концентрация продукта (20 миллиграмм на миллилитр) в 2-20 раз превышает клинически значимую концентрацию, соответственно, в одном миллилитре может содержаться несколько доз вакцины (современные вакцины зачастую фасуют по несколько доз в одну ампулу, чтобы снизить количество отходов).

Чтобы показать возможность создания разных вакцин на такой платформе, исследователи также создали вакцину против двух патогенных штаммов кишечной палочки, один из которых часто становится причиной диареи в странах с низким уровнем доходов, а другой вызывает инфекции мочевыводящих путей.

Иммунногенность вакцины успешно протестировали на мышах, у которых уровень защитных антител против F. tularensis вырос как минимум на два порядка по сравнению с контрольной группой. Полученный мышами иммунитет защитил их от смертельной дозы F. tularensis.

В условиях пандемии наибольшее внимание к себе привлекают разрабатываемые вакцины от коронавируса. Не так давно были опубликованы результаты третьей фазы испытаний вакцины «Спутник». Редакция N + 1 в материале «Укололся — и что?» рассказывает, какую защиту может давать вакцина от ковида, и как себя следует вести людям, уже получившим заветную дозу вакцины.

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть