Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет , но скоро ученые приступят к испытаниям препарата на людях.

Сексуальная революция началась где-то в середине 1960-х, но конец этой эпохи можно датировать достаточно точно. 1981 год: странная мода, боевики «категории Б», пластиковая бижутерия, музыка диско — и выход очередного «Еженедельного отчета о заболеваемости и смертности», который регулярно издают американские Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC).

В сборнике были описаны пять схожих клинических случаев: молодые мужчины, активные гомосексуалы, госпитализированы с крайне редким для США диагнозом «пневмоцистная пневмония». В дальнейшем схожие симптомы обнаружили и у пациентов из других групп — потребителей наркотиков, людей с гемофилией А, мигрантов и беженцев c Гаити. Пневмоцистная пневмония вызывается паразитическим грибком и развивается лишь у людей с резко ослабленным иммунитетом, поэтому новую угрозу стали называть СПИДом — синдромом приобретенного иммунодефицита.

Несколько лет причина внезапной деградации иммунной системы оставалась полной загадкой. СПИД связывали с практикой анального секса, считали побочным эффектом приема наркотиков, однако в 1983 году исследователи из французского Института Пастера и — независимо от них — ученые из Национального института рака в США обнаружили вирусную природу смертельной болезни. Началась долгая история изучения ВИЧ и поиска средств борьбы с ним.

СПИД Вирус иммунодефицита человека ВИЧ-1 ВИЧ-1, группа М ВИЧ-2 Эпидемическое заболевание, поражающее иммунную систему. Организм становится беззащитным перед возбудителями, которые обычно не вызывают болезни. Передается при пересадке органов и тканей, половых контактах, через нестерильные медицинские инструменты и от матери к ребенку. Самый распространенный вид. Является потомком вируса иммунодефицита обезьян, передавшегося нам от шимпанзе. Он пересекал межвидовой барьер трижды, дав начало группам ВИЧ-1 — М, N и О. Ответственен за более чем 90% случаев инфекции в мире. Самый распространенный в России — ВИЧ группы М подтипа А, попавший к нам из Западной Африки. Менее опасный вид вируса: из восьми групп штаммов ВИЧ-2 опасны только две. Считается, что они были переданы нам от обезьян мангабеев независимо от ВИЧ-1.

Наука 10 самых долгоживущих организмов Земли

Вирус

Любой вирус является внутриклеточным паразитом: он живет и размножается исключительно в клетках живых организмов. Вне их он может лишь сохраняться в виде компактной, хорошо защищенной частицы-вириона. Задача вириона — доставить генетический материал (будь то РНК или ДНК) до клетки-хозяина, прикрепиться к ее оболочке и внедриться внутрь. Как правило, затем вирус активно вмешивается в работу клетки, заставляя ее производить необходимые именно ему белки и копировать его генетический материал, а затем окончательно разрушает ее, выпуская на волю мириады новых вирионов.

ВИЧ относится к семейству ретровирусов. Его геном (в виде одноцепочечных молекул РНК) содержит всего девять генов и заключен в двухслойный защитный капсид из белков р6/р7 и р17. Помимо РНК, здесь хранятся и несколько крайне важных для вируса ферментов, о которых мы еще поговорим. Снаружи этот капсид окружен, словно клетка, мембраной — двухслойной оболочкой фосфолипидов. Сверху она утыкана похожими на грибы белковыми комплексами Env: их глубоко утопленные в мембране «ножки» сформированы из нескольких белков gp41, а над поверхностью выставлены лишь «шляпки», образованные тремя белками gp120. Словно ключ в замок, эти шляпки входят в центры рецепторов CD4 и CCR5 на поверхности лимфоцитов: вирион закрепляется, а затем внедряет внутрь свой геном и ферменты.

Сферические вирионы ВИЧ в десятки раз мельче эритроцитов — 100−180 нм в диаметре

Наш собственный геном состоит из ДНК: белковая машинерия клетки синтезирует на ее основе РНК — этот процесс называется транскрипцией — и лишь затем полученная РНК используется рибосомами для производства белков. ВИЧ необходимо встроиться в эту схему, и один из сохраненных в его капсиде ферментов, ревертаза, производит обратную транскрипцию, превращая вирусную РНК в ДНК, а еще один — интеграза — встраивает ее в геном клетки.

Вирусные гены могут незаметно сохраняться здесь довольно долгое время, удваиваясь вместе с хозяйской ДНК, понемногу транскрибируясь и синтезируя белки для построения новых вирионов. В отличие от других вирусов, вроде гриппа, ретровирусы крайне медлительны, и последствия заражения могут проявиться спустя многие годы. Но если уж вирус интегрировался в геном клетки, то удалить его оттуда практически нереально (это удавалось лишь пару раз с помощью сложных лабораторных экспериментов с использованием ГМ-технологии CRISPR). Считается, что до 8% нашего генома сейчас составляют остатки древних ретровирусов, многие из которых могли сыграть положительную роль в эволюции нашего вида. Но ВИЧ не из таких.

Ферменты слюны и желудочный сок разрушают вирионы ВИЧ, поэтому перорально инфекция не передается. Исключение составляют младенцы первых месяцев жизни: нужные пищеварительные ферменты у них еще не вырабатываются, и они могут заразиться через молоко.

Мишени

Понимая молекулярное строение ВИЧ и механизмы заражения, можно переходить к созданию вакцины, которая «обучит» иммунитет распознавать и нейтрализовать угрозу. Тем более что уже к середине 1980-х появился успешный опыт создания антиретровирусных вакцин, включая препарат против вируса лейкоза кошачьих. Защиту от ВИЧ может обеспечить как профилактическая прививка, которая подготавливает организм к первой встрече с возбудителем, так и терапевтическая вакцина, стимулирующая иммунный ответ у уже заразившегося человека. С 1984-го и по сию пору разработки идут в обоих направлениях.

Задача любой вакцины — заставить иммунную систему активно производить большое количество антител, способных распознать поверхностные белки вириона и связаться с ними. Конкретная точка узнавания и закрепления называется эпитопом, и на оболочке ВИЧ такими естественными мишенями являются белковые «грибы» Env либо отдельные их компоненты. Заблокированные антителами, они уже не сумеют прицепиться к лимфоцитам и внедрить в них свои ферменты и РНК.

Проблема в том, что ВИЧ отличается чрезвычайной изменчивостью. Например, самый распространенный его вид, ВИЧ-1, насчитывает больше 200 штаммов. Вдобавок вирус способен маскировать белки Env тончайшим «камуфляжем» из остатков сахаров. Поэтому иммунитет придется тренировать на распознавание максимального количества его разновидностей. Такая вакцина может здорово помочь и при терапии антиретровирусными препаратами. Они подавляют обратную транскрипцию вирусной РНК и интеграцию его генома в клеточный, однако способность ВИЧ быстро мутировать часто затрудняет действие и этих лекарств.

Стратегии

Существует как минимум семь основных подходов к созданию вакцины от ВИЧ. Первый вариант — натуральные пептидные вакцины. Ученые как бы «откалывают» фрагменты вирусного белка (например, компонент gp120) для введения в организм. Им даже не приходится делать это специально, так как отделение комплекса Env от оболочки вируса автоматически приводит к его разрушению. Сами по себе такие пептиды безвредны, но теоретически способны вызвать нужный иммунный ответ. К сожалению, он оказывается слишком слабым, чтобы предотвратить заражение.

Вторая альтернатива - взять элементы генома ВИЧ, превратить их в ДНК и внести в организм в составе кольцевых цепочек-плазмид. Предварительные эксперименты с такого рода вакцинами дали довольно обнадеживающие результаты, но и здесь ученые продолжают поиск фрагментов, вызывающих максимальную иммунную реакцию.

Другие подходы к созданию вакцины состоят в использовании ослабленных или полностью деактивированных вирусных частиц. Например, отдельные фрагменты генома ВИЧ можно встроить в другой, неопасный для человека вирус или же «выпотрошить» вирион самого ВИЧ, удалив из него отдельные белки, ферменты интегразу и ревертазу или вообще всю РНК. В теории такой вирус уже не способен причинить вред, но продолжает вызывать нужный иммунный ответ. Эти подходы хорошо зарекомендовали себя в борьбе с другими заболеваниями, но в случае с ВИЧ оказались слишком опасны или неэффективны. Подопытные животные и добровольцы-люди не формировали иммунитета, а то и вовсе заражались ВИЧ-инфекцией из-за самой вакцины.

В итоге самыми перспективными вакцинами оказались синтетические короткие пептиды и рекомбинантные белки, сконструированные с помощью генной инженерии. Первые имитируют отдельные уязвимые места — эпитопы — поверхностных белков ВИЧ. А вторые — это химерные молекулы, соединяющие в себе отдельные фрагменты двух и более вирусных белков. Именно эти подходы дали в последние годы весьма многообещающие результаты.

Пациенты с устойчивостью к ВИЧ могут быть заражены, но при этом не развивается СПИД и сохраняется нормальное число иммунных клеток.

Вакцины

Первым большим прорывом стало создание искусственного белка Env. Работа над ним растянулась на два десятка лет: его гены были выделены из одного штамма ВИЧ еще в 1998 году. Однако синтезированные на их основе комплексы Env тут же распадались на части, и только генетическая модификация позволила получить устойчивый вариант. Но возникла новая проблема: пространственная структура такого белка сильно отличалась от оригинального и не вызывала иммунного ответа.

Много лет методом проб и ошибок ученые подбирали такой состав синтетического белка, который был бы одновременно и стабильным, и максимально близким к натуральному Env. Наконец решение было найдено — искусственный белок, получивший название SOSIP, оказался эффективным стимулятором для выработки антител против «материнского» штамма ВИЧ. Постепенно были созданы SOSIP-аналоги для поверхностных белков Env более чем 100 штаммов вируса — но ни один из них не был универсальным.

Создание оружия массового поражения, способного заставить организм бороться с большинством разновидностей вируса, стало следующей задачей. Для этого требовался такой искусственный вариант SOSIP, в котором бы сочетались эпитопы, характерные для разных штаммов ВИЧ. В 2013 году удалось синтезировать весьма многообещающий вариант (BG505 SOSIP.664): у подопытных животных он стимулировал выработку антител, а их внесение в культуру клеток человека предотвратило заражение ВИЧ.

В России и на Украине распространена мутация белка CCR5-Δ32, которая не дает вирусу проникнуть в клетку.

BG505 SOSIP.664 стал прототипом вакцины первого поколения, но все же его было недостаточно. Эффективный препарат должен быть гораздо более универсальным и максимально стимулировать выработку антител. Это особенно важное требование: вирионы ВИЧ неспособны целенаправленно искать лимфоциты, они просто плывут с течением крови и лимфы, «ощупывая» попавшиеся на пути клетки, причем не дольше восьми часов — затем вирион в организме распадается. Поэтому решающим фактором становится вирусная нагрузка: чем больше вирионов в крови, тем выше вероятность поражения лимфоцитов. Чем больше их мы быстро дезактивируем антителами, тем надежнее предотвратим заражение.

Синтез

Как обычно, решение проблемы пришло откуда не ждали. В 2016 году удалось обнаружить уязвимость в белках gp41, из которых сложена «ножка» Env. Для проникновения вируса в клетку важен короткий пептидный фрагмент N123-VRC34.01, который при атаке меняет свою пространственную структуру с «походной» (префузионная конформация) на «боевую» (постфузионная конформация). Ранее считалось, что префузионный пептид не распознается антителами, однако такие молекулы были найдены, и летом 2018 года исследователи предложили комплексную вакцину. В состав ее входил уже знакомый нам синтетический BG505 SOSIP.664, гибридный пептид N123-VRC34.01, соединенный с белком гемоцианином (аналогом гемоглобина у моллюсков) для усиления иммунного ответа.

Такой тройной удар позволил нейтрализовать почти треть из 208 известных на текущий момент штаммов ВИЧ-1. Вакцина показала себя одинаково результативной как для лабораторных мышей, так и для более крупных млекопитающих — морских свинок и макак-резусов. Ближайший год ученые планируют потратить на дальнейшее улучшение профилактических свойств вакцины, а со второй половины 2019 года начать пилотные клинические исследования на людях.

0,1−0,3% русского населения наследуют мутантный белок от обоих своих родителей и становятся почти невосприимчивы к ВИЧ.

Общество

Забавно, что в начале 1980-х медики считали, что вакцина от ВИЧ будет создана в течение двух лет. Как всегда, люди оказались чересчур самоуверенны. Если даже последняя разработка хорошо зарекомендует себя в клинических исследованиях, то массовой вакцинации вряд ли стоит ожидать раньше начала 2020-х годов. А это значит, что человеческая борьба с ВИЧ продлится уже 40 лет. И пока наша раса проигрывает в ней вирусам. ВИЧ продолжает поражать население беднейших регионов Земли. СПИД сегодня — болезнь третьего мира. В странах «золотого миллиарда» количество ВИЧ-инфицированных неуклонно снижается, а продолжительность их жизни может достигать 80 лет (гораздо больше, чем средняя по России). В Африке, Азии и нашей стране ситуация ровно обратная. Поэтому создание эффективной вакцины станет жестом доброй воли и сможет хотя бы частично уравнять шансы жителей Руанды и США.