Что внутри современных вакцин?
Вирусы, как демонстрирует нам пандемия 2020-го, – это одна из тех угроз, которые могут за считанные месяцы уносить сотни тысяч жизней. Сезонный грипп, несмотря на его будничный имидж, делает это каждый год – и остается одним из самых опасных вирусных заболеваний в мире. N + 1 совместно с экспертами биофармацевтической компании «ФОРТ» (входит в Marathon Group и холдинг «Нацимбио» Госкорпорации «Ростех») разбирались, каким образом современные вакцины защищают миллионы людей против болезни. Точнее, против сразу нескольких штаммов гриппа одновременно.
Даже в своем «обычном» состоянии (то есть не пандемическом) грипп уносит до 650 тысяч жизней в год, при этом у более 5 миллионов человек болезнь протекает в тяжелой форме. В сезон гриппа 2019-2020 годов, по последним данным, в одних только США было зафиксировано от 39 до 56 миллионов случаев болезни. 410-750 тысяч из них привели к госпитализации, а 24-62 тысячи случаев завершились летальным исходом. В группу риска входят люди от 65 лет и старше, маленькие дети, беременные женщины, а также люди с ослабленным иммунитетом. Симптомы сезонного гриппа хорошо известны: это жар, озноб, кашель, чихание, головная боль, ломота в мышцах и суставах, общий упадок сил.
Вирус гриппа – пример того, насколько эффективным может быть инфекционный агент. Он легко передается от человека к человеку и не менее легко приспосабливается к окружающей среде, причем делает это быстро. Именно поэтому нет универсального рецепта вакцины от этого вируса, которая решила бы проблему раз и навсегда.
Тем не менее, современные вакцины успешно борются с распространением гриппа. В зависимости от индивидуальных свойств иммунитета, они либо полностью защищают человека, либо значительно облегчают течение болезни, снижая риски опасных осложнений.
Наиболее опасны для человека два типа вируса гриппа: А и В. Оба способны быстро меняться, при этом тип А гибче и в большей степени подвержен мутациям. Этот факт ученые брали в расчет, разрабатывая трехвалентные вакцины. Они защищают от двух штаммов типа А (H1N1 и H3N2) и одного штамма типа В (викторианской или ямагатской линий – в зависимости от того, что распространеннее в конкретный год).
Однако последние наблюдения показывают, что вирус гриппа типа В не стоит недооценивать. На его долю приходится 20-25 процентов всех заражений сезонным гриппом. Кроме того, в некоторых странах этот тип вируса может быть преобладающим (например, в Италии во время сезона 2012/2013 годов тип был зафиксирован в 58 процентах случаев заболевания гриппом).
Для снижения этих рисков и была разработана четырехвалентная вакцина, которая считается более современной с учетом изменчивости вируса.
Поскольку антигены викторианской (Victoria) и ямагатской (Yamagata) линий гриппа типа В существенно различаются, четырехвалентная вакцина защищает от обеих. Это усиливает эффективность вакцины против этого типа вируса в среднем на 16 процентов, а для групп риска, например, людей старше 65 лет, – на 21 процент.
Первая четырехвалентная вакцина была зарегистрирована в США в 2012 году. В 2019 году в России была зарегистрирована «Ультрикс Квадри», первая отечественная четырехвалентная вакцина, произведенная с учетом всех рекомендаций ВОЗ, включая количество действующего вещества. В ней нет антибиотиков или адъювантов, а в каждой дозе содержится по 15 микрограмм антигена каждого из четырех штаммов.
Какие штаммы гриппа самые опасные?
Четырехвалентная вакцина содержит антигены четырех штаммов вируса сезонного гриппа:
Каждый сезон ВОЗ определяет статистически наиболее опасные штаммы и объявляет информацию о них на своих ресурсах. Вакцины по всему миру создаются на основе этих рекомендаций. Задача производителей – создать вакцины, которые снижают риски заболевания и возникновения опасных осложнений от гриппа.
Задача частицы вируса гриппа по сути паразитическая. Ей нужно присоединиться к клетке организма, войти внутрь и полностью переделать ее структуру, превратив в завод по производству таких же вирусных частиц. Таким образом вирус размножается и распространяется дальше.
Строение вируса отвечает основной задаче. Это шар с генетической информацией (цепочками РНК) внутри, покрытый белковой оболочкой. На поверхности оболочки находятся «шипы» (их называют трансмембранными гликопротеинами) двух типов: гемагглютинина и нейраминидазы.
Гемагглютинин позволяет частицам вируса присоединиться к клетке организма хозяина. Затем вирус пользуется внутренней транспортной системой клетки, чтобы высвободить свою РНК и внедрить ее внутрь клеточного ядра. После этого клетка превращается в вирусный «завод» и начинает производить новые частицы вируса с помощью собственных ресурсов.
Нейраминидаза, в свою очередь, позволяет новым частицам отделиться от клеточной мембраны и продолжить свой путь. Заболевший человек чихает, и отправляет в свободный полет (и на встречу с новыми пока еще здоровыми хозяевами) миллионы частиц гриппа.
Современные вакцины позволяют прервать процесс репликации вируса. Делается это с помощью «тренировки» иммунитета: если организм человека научится распознавать частицы вируса и вырабатывать нужные антитела до заражения болезнью, борьба с ним будет гораздо легче и успешнее.
Действие вакцин против гриппа можно назвать классическим. В организм вводят ослабленные частицы вируса, чтобы иммунная система начала выработку антител, преимущественно к гемагглютинину. При встрече человека с так называемым «уличным» или «диким» вирусом гриппа антитела встают на защиту организма, нейтрализуя вирусные частицы.
Но способность вакцины защитить индивидуальный организм – это еще не все, важно обеспечить коллективную защиту, прервать передачу вируса от человека к человеку.
Для этого у производителей должно быть достаточно материалов для массового производства вакцин, – иначе о создании коллективного иммунитета можно будет забыть. Свойства вируса гриппа также требуют скорости производства: состав вакцины нужно менять каждый сезон. Биофармацевтический завод «ФОРТ» показал N + 1, что нужно для защиты иммунитета в промышленных масштабах.
Для того, чтобы произвести вакцину против гриппа с нуля, на «ФОРТе» используется технология культивирования вируса на куриных эмбрионах. Эта практика хорошо изучена, признана ВОЗ и применяется во многих странах.
Утром на завод прибывают куриные эмбрионы – около 200 тысяч штук, которые помещаются в одной фуре. Их сразу направляют на овоскопирование. Это темная комната, где сотрудники овоскопом (специальным фонариком) просвечивают скорлупу и проверяют состояние эмбрионов.
Прошедшие проверку яйца помещают в теплое помещение на сутки, а после – кладут на конвейер, который с помощью нескольких рядов тонких игл вводит внутрь подготовленный посевной вирусный материал. Клетки аллантоисной оболочки – идеальная среда для размножения вируса, который размножается только в живых клетках.
Вакцины производятся исключительно в стерильных условиях. Поэтому все сотрудники «ФОРТа», работающие или хотя бы заходящие в этот цех, обязаны переодеваться в защитные костюмы. Кстати, для тех, кто с бородой, полагается набородник, поверх которого нужно надевать еще одну защитную маску. Она необходима для защиты собственно лица. Так что уже спустя 10 минут работы в цеху желание побриться становится таким же жгучим, как желание победить сезонный грипп раз и навсегда.
Но вернемся к науке. В том же цехе постоянно контролируют присутствие микробных частиц в воздухе и на оборудовании (это называется «микробиологический мониторинг», благодаря ему на предприятии непрерывно обеспечивается высокий класс чистоты воздуха). В целом, процесс изготовления четырехвалентной вакцины сопровождается более чем 400 процедурами контроля, которые охватывают все этапы высокотехнологичного производства.
На то, чтобы грипп окреп и освоился в скорлупе, нужно от двух до трех суток в зависимости от штамма. После этого проводят еще одно овоскопирование и отправляют эмбрионы в холодильник. Это создает оптимальные условия для следующего этапа: откачки аллантоисной вирусодержащей жидкости, ее многоуровневой фильтрации и очистки.
Одна из главных стадий - это инактивация вируса гриппа. Сначала вирус убивается, в результате чего теряет свою заразную способность. А затем его очищают от белков куриного эмбриона, которые могут вызвать аллергические реакции у восприимчивых людей. Для этого используется многоступенчатая система фильтрации. Но и на этом очистка не заканчивается.
Для дальнейшей супер-очистки применяют высокоскоростные центрифуги. Жидкость разгоняют до скорости 35 тысяч оборотов в минуту и создают ускорение около 100 тыс g. Вирус гриппа одновременно очищается от овальбумина - основного куриного белка - и концентрируется в 1000 раз.
Производимая вакцина – расщепленная. Инактивированный и очищенный от яичных примесей вирус гриппа на следующих этапах производства разрушается специальными веществами - детергентами. Они разрывают белково-липидный слой вируса, и он распадается на части. Остается только очистить полученный продукт от остатков детергентов, профильтровать и получить стерильную суспензию, которая содержит смесь внутренних и поверхностных белков вируса гриппа.
Для четырехвалентной вакцины весь процесс нужно проделать четыре раза. После этого остается собрать вакцину, соединив по 15 микрограмм гемагглютинина каждого штамма. Итог – в каждой дозе вакцины объемом в половину миллилитра содержится 60 микрограмм расщепленного вируса гриппа. Остается только привиться.
Распределение вакцины по шприцам, упаковка шприцев в блистеры, а блистеров в коробки – очень зрелищный и полностью автоматизированный процесс. Компьютеры проверяют состояние шприцев с помощью шести камер, специальное устройство наносит маркировку: отмечают дату производства и номер партии. С конвейера вакцины можно сразу развозить по поликлиникам.
Этапы создания вакцины на заводе «ФОРТ»
На заводе организовано производство полного цикла. Процесс создания новой вакцины – от публикации данных ВОЗ о наиболее патогенных штаммов сезона до выпуска первой партии – занимает около полугода. За это время «ФОРТ» успевает не только обновить базу штаммов вируса, но и провести предварительные тесты своей продукции. Это гарантирует, что вакцины против гриппа будут выполнять свою первостепенную задачу – создавать как личный, так и тот самый коллективный иммунитет. Так в эпидемиологии принято называть способность сопротивляться инфекциям внутри какой-либо популяции: в отдельном городе, стране или всем мире.
Другое значение термина – это позитивный эффект, который может дать массовая вакцинация. Когда число привившихся от болезни достигает определенного порога (около 70 процентов населения, в зависимости от патогенности инфекции), у непривитых людей тоже снижаются риски заболеть, – в силу статистических причин. Так, например, по статистике последних лет, в России резко снизилось число зарегистрированных случаев гриппа после того, как была введена массовая бесплатная вакцинация. Например, в 2018 году показатель заболеваемости был почти на четверть ниже, чем годом ранее. За 20 лет он упал практически в 150 раз. Такая ситуация связана с постепенным расширением охвата привитых в популяции. Вакцины для сезонной прививочной кампании, втом числе те, которые производятся на заводе «ФОРТ» ежегодно поставляет «Нацимбио».
Оксфордский проект по популяризации вакцинации предлагает называть этот эффект не «коллективным иммунитетом», а «популяционной защитой» (herd protection), поскольку речь здесь идет в первую очередь об ответственности за других. Если вы решили привиться, значит, вы защищаете тех, кто особенно уязвим к инфекционным заболеваниям. В эту группу входят, например, маленькие дети, беременные женщины, пожилые, а также люди с ослабленным иммунитетом (например, раковые больные).
Высокий процент вакцинации населения и связанный с ней коллективный иммунитет может приводить к практическому исчезновению болезней. В России так произошло, например, с брюшным тифом и краснухой. Хотя они и продолжают существовать, ежегодное число случаев заражения можно пересчитать по пальцам.
Между тем, вспышка кори, зафиксированная в России в 2019 году (более 3 тысяч случаев) предупреждает и об обратном процессе. Если процент вакцинированных падает, забытые, но смертельно опасные болезни могут вернуться вновь.
Современные эпидемии и пандемии доказывают: лучше держать свой иммунитет в хорошей форме. На данном этапе рассуждать о победе человека над сезонным гриппом преждевременно, особенно учитывая нынешние нормы по прививкам в разных регионах мира. Но современные сезонные вакцины дают реальный шанс защитить себя и снизить риски для своих близких. Вне зависимости от глобальной статистики, это безусловно полезная привычка.