Прививки и чипизация - что общего?

Выдержки статьи из журнала "Наука и жизнь" №2 за 2004 год
Кандидат химических наук О. БЕЛОКОНЕВА.

Фармацевтическая фабрика в растениях

Но когда лекарственный препарат - вещество белковой природы, то есть его молекула представляет собой цепочку из аминокислот, фармацевтическое производство можно наладить другим способом: ген, кодирующий лекарственное вещество, встраивают в геном растения. Растение становится настоящей лабораторией, где синтезируется лекарственный препарат. Сегодня создание растений и даже животных, производящих те или иные нужные человеку вещества (так называемые биофабрики), - самое передовое направление в сельскохозяйственной биотехнологии.

Новые сорта трансгенных растений успешно используются, например, для производства вакцин. А в лаборатории Канадского сельскохозяйственного центра под руководством профессора Джеймса Брэндла был создан новый сорт трансгенного табака, листья которого в больших количествах вырабатывают физиологически активное вещество - интерлейкин-10. Питаясь листьями этого растения, подопытные мыши излечивались от спаечной болезни кишечника. Возможно, в будущем трансгенный табак будет работать как биофабрика по производству интерлейкина-10, который поможет избавиться от этой болезни не только подопытным животным.

Первая в мире вакцина против дизентерии

Институт иммунологии Министерства здравоохранения России - один из лидеров в нашей стране по созданию новых вакцин. В институте разработана оригинальная технология, суть которой состоит в том, что комплекс антигенных молекул (то есть тех молекул, которые вызывают выработку специфических антител) "пришивают" на синтетический носитель - полимерную молекулу полиоксидония. При этом уровень выработки антител повышается минимум на порядок. Под руководством профессора Н. Г. Пучковой с использованием этой технологии создана новая эффективная вакцина против гриппа. А в лаборатории, которую возглавляет профессор И. Г. Сидорович, ведется работа по созданию вакцины против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) также с применением полиоксидония. Кандидатов на вакцину против ВИЧ во всем мире создано множество, но в ходе клинических испытаний ни одна из них не оказалась достаточно эффективной. Новая вакцина, разработанная российскими исследователями, при введении в организм животных вызывает выработку антител к ВИЧ. Но пока неизвестно, сможет ли она стать основой коммерческого препарата для лечения и профилактики синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИДа).
Но, безусловно, наиболее значительным практическим достижением российских иммунологов можно назвать создание первой в мире вакцины против одной из разновидностей дизентерии, вызываемой возбудителем "шигелла Зонне" (ее коммерческое название - "Шигеллвак"). Один из руководителей этой работы - заведующий лабораторией Института иммунологии В. Л. Львов.
Необходимость создания такой вакцины продиктована высоким уровнем заболеваемости шигеллезом Зонне, а также появлением штаммов шигелл, устойчивых к антибиотикам. Среди всех разновидностей дизентерии шигеллез Зонне вышел на первое место по уровню заболеваемости в странах Европы, Северной Америки и Японии. Только в России, как в крупных городах, так и в сельской местности, ежегодно официально регистрируется до пяти тысяч случаев этого заболевания. Еще 10-15 лет назад создание вакцины против дизентерии представлялось делом сложным, если вообще возможным. В настоящее время и в США ученые близки к созданию коммерческого препарата вакцины против дизентерии. Кстати, принцип создания отечественной вакцины оригинален и отличен от американского.
Профилактическую эффективность российской вакцины изучали в районном центре Романовка Саратовской области, неблагополучном по заболеваемости шигеллезом Зонне. В ближайших планах ученых из Института иммунологии - создание вакцины против дизентерии трех видов: шигеллезов Зонне, Флекснера и Шига. Такая вакцина "покроет" более 80% всех случаев дизентерии в России.

Прививка от рака

На первый взгляд профилактика и лечение рака с помощью вакцин кажется утопией. Но тем не менее сегодня в арсенале ученых есть способы, позволяющие создать противораковую вакцину. Так, в середине 70-х годов прошлого века из опухолевых клеток были выделены белки теплового шока. Такое название обусловлено тем, что клетки вырабатывают их в условиях повышенной температуры. Кроме того, белки теплового шока захватывают антигенные участки белковых молекул, так называемые опухолеспецифические пептиды, вызывающие раковое перерождение клетки. Поэтому введение белков теплового шока вызывает у подопытных животных сильную иммунную реакцию - выработку специфических антител. Это означает, что белки теплового шока могут быть использованы для иммунизации больного против определенного вида опухоли. Сейчас на их основе в США уже производятся эффективные вакцины для лечения меланомы, карциномы почки и профилактики метастазирования. Но противораковая вакцина изготавливается для каждого пациента индивидуально, и для ее производства требуется не менее 5 г опухолевой ткани. В данном требовании и состоит ограничение применения метода.
В лабораториях Всероссийского научного центра молекулярной диагностики и лечения под руководством члена-корреспондента РАН Е. С. Северина создается новая вакцина против папилломы - очень распространенной разновидности раковой опухоли, имеющей вирусную природу. Структура вируса проста: он представляет собой восемь генов, заключенных в белковую оболочку. Считается, что два из них являются генами, отвечающими за злокачественное перерождение ткани. Российские исследователи под руководством профессора В. И. Киселева преодолели указанные выше ограничения американского метода создания противораковых вакцин и применили для изготовления вакцины другой способ: они сконструировали гибридный ген (ген белка теплового шока и один из генов вируса папилломы) и генно-инженерными методами получили соответствующий ему гибридный белок, представляющий собой комплекс одного из белков теплового шока с белком, отвечающим за развитие злокачественного новообразования. Оказалось, что гибридная вакцина очень эффективно подавляет рост папилломных опухолевых клеток в культуре. Ученые считают, что им удалось промоделировать природный процесс защиты организма от развития рака и что новая вакцина еще продемонстрирует свои возможности в экспериментах на животных и в клинических испытаниях. Конечно, только вакциной от папилломы исследователи ограничиваться не собираются. Уже сейчас во Всероссийском научном центре молекулярной диагностики и лечения созданы гибридные белки, которые предполагается использовать в качестве вакцины против рака гортани, прямой кишки и яичников.

Манту и БЦЖ пора менять

В нашей стране здоровым новорожденным детям на 5-7-й день жизни в обязательном порядке делают прививку от туберкулеза - БЦЖ. Вакцина БЦЖ была создана еще в 1923 году французскими учеными Кальметтом и Гереном и названа в их честь - Bacillium CalmetteGuerin, или BCG (в русской транскрипции - БЦЖ). Неудивительно, что через 80 лет штаммы микобактерий, вызывающих туберкулез, претерпели существенные изменения. Поэтому сегодня эффективность БЦЖ составляет не более 8%, то есть при инфицировании туберкулезом не заболевают всего лишь 8 из 100 человек, привитых в младенчестве. Получается, что прививка, сделанная в роддоме, практически бесполезна.
Не лучше обстоят дела и с широко известной реакцией Манту, использующейся как инструмент для постановки диагноза "туберкулез". Основу диагностической вакцины составляет специальный препарат микобактерий, предложенный в 1908 году французским ученым Манту. Реакция Манту помогала врачам в постановке диагноза почти 100 лет. Теперь же только 7% пациентов, имеющих так называемую "положительную" реакцию Манту, реально больны туберкулезом, то есть поставить диагноз таким способом просто невозможно.
Именно поэтому ученые из Всероссийского научного центра молекулярной диагностики и лечения под руководством профессора В. И. Киселева поставили перед собой задачу создать препараты, альтернативные БЦЖ и реакции Манту. В сотрудничестве с ЦНИИ туберкулеза РАМН сегодня успешно разрабатывается рекомбинантная (то есть полученная методами генетической инженерии) противотуберкулезная вакцина, в которой в качестве носителя используется, как и при создании описанных выше противораковых вакцин, белок теплового шока. А вот новый диагностический препарат на основе двух рекомбинантных белков микобактерии M. Tuberculosis, который определяет наличие инфекции с высокой чувствительностью и специфичностью, уже практически готов к использованию в клиниках вместо дискредитировавшей себя реакции Манту.

Диагноз ставит микрочип

Одна из основных прикладных задач медицины - экспресс-диагностика заболеваний. Для ее решения ученые Института молекулярной биологии (ИМБ) им. В. А. Энгельгардта РАН предлагают биологические микрочипы - уникальную технологию, разработанную под руководством недавно ушедшего из жизни академика А. Д. Мирзабекова. Суть метода состоит в том, что в ячейки, наполненные полиакриламидным гелем, помещаются фрагменты молекул ДНК возбудителей различных инфекционных заболеваний. К ним добавляют фрагменты ДНК из исследуемого образца. Участки исследуемой ДНК метятся флуоресцентной молекулой. Если известный и анализируемый образцы совпадают (то есть анализируемый образец содержит ДНК, идентичную ДНК возбудителя инфекции), то флуоресцентный микроскоп (кстати, тоже специально разработанный в ИМБ РАН) регистрирует сигнал из соответствующей ячейки и обрабатывает его на компьютере с использованием оригинального программного обеспечения. В результате врач получает возможность определить, какая разновидность бактерии или вируса вызвала те или иные симптомы заболевания у пациента, и назначить адекватное лечение. Иногда можно даже установить, какие антибиотики будут эффективны против данного штамма бактерий, а к каким они уже выработали устойчивость.
С помощью этого метода анализ клинического образца проводится всего лишь за сутки. Он обеспечивает высокую чувствительность анализа и позволяет быстро определять наличие любых возбудителей инфекционных заболеваний в физиологических жидкостях больного. Ученые ИМБ РАН разработали также портативный вариант прибора для регистрации результатов анализа в полевых условиях, представляющий собой комбинацию лазерного сканера и флуоресцентного микроскопа.
Метод обнаружения и идентификации различных форм туберкулеза с помощью микрочипов уже успешно испытан в Московском городском научно-практическом центре по борьбе с туберкулезом и в настоящее время проходит сертификацию в Министерстве здравоохранения РФ.