Жизнь на скорости света

Век тому назад очень похожий патогенный штамм гриппа обошел планету с опустошительными последствиями. Потери от пандемии 1918–1920 годов – около 50 миллионов жизней по всему миру – были больше, чем от Первой мировой войны. Один врач сказал, что это «был самый жестокий тип пневмонии, какой когда-либо видели». Используя данные по смертности от этой пандемии, команда под руководством Кристофера Мюррея из Гарвардского университета предсказала в Lancet, что, если похожая пандемия случится сегодня, за год умереть могут 62 миллиона человек – 96 % из них в развивающихся странах. Последняя пандемия «свиного гриппа» была призывом к оружию и выявила необходимость быстро доставлять людям вакцины.

SGI и Институт Крейга Вентера анонсировали трехлетнее соглашение о сотрудничестве с компанией Novar-tis об использовании инструментов и технологий синтетической геномики для ускорения производства вакцинных штаммов гриппа. Вакцинный штамм – это стартовая культура вируса, живой эталонный вирус, основа для широкомасштабного выращивания вакцинного вируса. Соглашение, отмеченное наградой от Управления перспективных биомедицинских исследований и развития США (BARDA), может в итоге обеспечить более эффективный ответ и на сезонные, и на пандемические вспышки гриппа.

В настоящее время Novartis и другие компании – производители вакцин в идентификации и раздаче вакцинных вирусов полагаются на ВОЗ. Чтобы ускорить процесс, мы используем метод «обратной вакцинологии», который впервые применил для разработки менингококковой вакцины Рино Раппуоли, ныне работающий в Novartis. Основная идея состоит в том, что весь патогенный геном вируса гриппа можно обследовать при помощи биоинформационного подхода к идентификации и анализу его генов. Далее выбирают конкретные гены, продукт которых может стать хорошей целью для вакцины – например, белки капсулы. Эти белки затем подвергают обычному тестированию на иммунный ответ.

Моя команда секвенировала гены, представляющие разнообразие вирусов гриппа, появлявшихся начиная с 2005 года. Мы секвенировали полные геномы большой коллекции изолятов человеческого гриппа, а также избранных штаммов птичьего и других нечеловеческих гриппов, важных для эволюции вирусов с пандемическим потенциалом, и сделали эту информацию доступной для всех. Штаммы выбирали так, чтобы они представляли много подтипов с широким географическим и хронологическим распределением. В результате нашего сотрудничества Novartis и SGI разработают «банк» искусственно сконструированных вакцинных вирусов, которые можно пускать в производство сразу же, как только ВОЗ установит циркулирующие штаммы гриппа. Эта технология может сократить время на производство вакцины до двух месяцев, что будет существенным выигрышем в случае пандемии.

Стандартное производство вакцины от гриппа занимает много времени. Важный этап, ограничивающий скорость, – это промежуток между выделением штамма (когда ВОЗ и CDC установят циркулирующий штамм(ы) и выпустят глобальную рекомендацию по созданию вакцинного вируса, специфического для данного гриппа) – и собственно производством вакцины. Традиционный метод производства основан на выращивании вируса в оплодотворенных куриных яйцах. В целом на процесс требуется около тридцати пяти дней, куда входят тестирование и распределение эталонного вируса, одновременное заражение яиц стандартными опорными штаммами и изоляция и очистка посевного материала вакцины. Воспользовавшись главными достижениями синтетической биологии и клеточного производства и добавив захватывающую идею цифро-биологического преобразования, мы с Novartis произвели вакцину лучшего качества менее чем за пять дней.

Вакцина основана на белках вирусного конверта – гемагглютинине (HA), который образует шипы, позволяющие вирусу гриппа прикрепляться к клеткам-мишеням, и нейраминидазе (NA), которая образует головки на поверхности вирусных частиц и катализирует их выход из зараженных клеток, позволяя вирусу рассеваться. Когда были получены высокоточные синтетические гены HA и NA, следующим шагом стало «спасение» прототипа вакцины путем комбинирования HA и NA со щепоткой других генов в геном вируса гриппа, который имеет программу для изготовления всего одиннадцати белков. Мы применили обратный генетический подход на новартисовской клеточной линии MDCK (собачья почка Мадин-Дарби), одобренной Управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) в 2012 году в качестве замены яиц при производстве вакцины от гриппа. Клетки были заражены линейными синтетическими кассетами, кодирующими вирусные гены. Через 72 часа после трансфекции (изменения клетки вирусной ДНК) в среде клеточной культуры можно было заметить вирусы гриппа и выделить нужный штамм вируса для дальнейшей амплификации и конечного использования как источника вакцины.