S-белок: кусочек вируса в вакцине
Большую роль в создании вакцин против COVID-19 играют S-белки (spike-белки) на поверхности возбудителя инфекции – коронавируса SARS-CoV-2. Эти белки формируют шипы на поверхности вирионов, которые помогают вирусу внедряться в клетку. Именно на их присутствие и реагирует иммунная система (рис. 1).
Что такое вирион
Вирион – это вирусная частица. Она состоит из РНК или ДНК вируса и белковой оболочки, капсида. Коронавирусы – это РНК-вирусы, их генетический материал представлен одноцепочечной рибонуклеиновой кислотой.
Для того, чтобы получить вакцину, ученые используют либо сам белок или его фрагменты, либо гены вирусной РНК, кодирующие производство S-белков. Иногда в ход идет и весь вирус целиком.
Рисунок 1. Spike-белки нового коронавируса вызывают сильный иммунный ответ. Источник: МедПортал
Сегодня все разрабатываемые вакцины можно разделить на 5 видов в зависимости от того, какая технология была выбрана для их получения (табл. 1).
Таблица 1. Какими бывают вакцины против новой коронавирусной инфекции.
Тип вакцины
Что в основе
Векторная
Вектор – вирус, лишенный способности размножаться в клетках и вызывать болезнь. Для получения вакцин против COVID-19 чаще всего используют аденовирусные векторы, геном которых представлен двухцепочечной ДНК. В векторную ДНК встроен ген коронавируса, кодирующий S-белок
Пептидная
Фрагменты вирусных S-белков, целые белки или белки, собранные в вирусоподобные частицы
мРНК-вакцина
Матричная РНК коронавируса, кодирующая S-белки. РНК называют матричной, потому что с нее, как с матрицы, считывается информация о первичной структуре белков
ДНК-вакцина
ДНК, содержащая гены, кодирующие вирусные S-белки
Цельновирионная
Целые ослабленные или инактивированные (убитые) вирусы
Как проходят исследования новых вакцин
Перед тем, как новая вакцина появится в поликлиниках, она должна пройти несколько фаз испытаний и получить одобрение от национального контролирующего органа (рис. 2). В России таким органом является Минздрав.
Рисунок 2. Создание новой вакцины – клинические исследования. Источник: МедПорталОднако с началом пандемии COVID-19 во многих странах, включая Россию, процесс регистрации вакцин против коронавируса был ускорен. В нашей стране первые вакцины были предварительно одобрены (разрешены для использования) до начала самой длительной и дорогостоящей третьей фазы.
Экстренный вывод на рынок коронавирусных вакцин до завершения фазы 3 клинических исследований стал практически повсеместной практикой. Как правило, вакцины разрешают использовать в экстренном порядке после получения предварительных результатов об их безопасности и эффективности. Кроме того, фазы клинических испытаний стали совмещать, то есть некоторые вакцины проходят 1 и 2 или 2 и 3 фазы клинических исследований одновременно.
Разумеется, с выходом на рынок таких «ускоренных» вакцин исследования не прекращаются. Все необходимые этапы проверки проходит каждый препарат, просто в условиях пандмии некоторые из них стали пострегистрационными. После проведения всех необходимых испытаний вакцины получают полное одобрение. Если же в ходе испытаний что-то пошло не так, их приостанавливают, а препарат могут отозвать с рынка.
Российские вакцины
В России первыми на рынок вышли отечественные препараты. Вакцина «Спутник V» («Гам-КОВИД-Вак»), разработанная в Центре эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи, была зарегистрирована в августе 2020 года и стала первой в мире вакциной против новой коронавирусной инфекции. В октябре 2020 года была зарегистрирована вторая вакцина – «ЭпиВакКорона», полученная в Научном центре вирусологии и биотехнологии «Вектор». Третьим доступным для россиян препаратом, вероятно, станет вакцина от Центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М.П. Чумакова. Расскажем о них подробнее.
«Спутник V»: векторная вакцина
НАЗВАНИЕ: Спутник V или Гам-КОВИД-Вак
ТИП ВАКЦИНЫ: векторная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 21 день
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: 91,4%
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, раннее одобрение в России и ряде др. стран
Вакцина «Спутник V» является векторной. Она получена с использованием двух вирусных векторов – аденовирусов, лишенных возможности размножаться. При этом в ДНК каждого вектора встроен ген нового вируса SARS-CoV-2. Он кодирует S-белок, вызывающий иммунный ответ (рис. 3).
Рисунок 3. Как работают векторные вакцины. Источник: МедПортал
Вакцинация Спутником включает 2 дозы вакцины с интервалом 3 недели: сперва человек получает один вектор, а затем – второй. Повторная вакцинация незнакомым для организма аденовирусным вектором позволяет усилить выработку защитных антител (рис. 4).
Рисунок 4. Как работает двукратная вакцинация «Спутником V». Источник: МедПортал
Сегодня «Спутник V» находится на третьей стадии клинических испытаний. Вакцину уже используют в России, Беларуси, Аргентине и ряде других стран. Ее эффективность, согласно предварительным результатам, составляет 91,4%.
В начале января 2021 года Минздрав одобрил начало испытаний упрощенной версии вакцины – «Спутник Лайт», призванной способствовать скорейшему повышению охвата вакцинацией. Вакцина будет включать один из компонентов «Спутника V», курс будет состоять из 2 доз. Ожидаемая длительность иммунитета после такой прививки составляет всего 3-4 месяца, однако облегченный препарат сможет защитить людей от тяжелой инфекции, а через 3 месяца привитые смогут допривиться вторым компонентом Спутника, чтобы усилить и продлить иммунный ответ.
«ЭпиВакКорона»: пептидная вакцина
НАЗВАНИЕ: ЭпиВакКорона
ТИП ВАКЦИНЫ: пептидная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 21 день
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, раннее одобрение в России
Вакцина «ЭпиВакКорона» успешно прошла 1 и 2 фазы клинических испытаний и уже получила раннее одобрение Минздрава. Этот препарат, в отличие от «Спутника V», содержит синтетические пептиды – фрагменты трех вирусных S-белков. Антигены в составе вакцины объединены с белком носителем, в качестве адъюванта (вещества, усиливающего иммунный ответ) вакцина содержит гидроксид алюминия. Третья фаза испытаний «ЭпиВакКорона» началась в ноябре 2020 года, в ходе исследования вакцину получат более 3 тысяч человек.
Вакцина Центра М.П. Чумакова: цельновирионная вакцина
НАЗВАНИЕ: –
ТИП ВАКЦИНЫ: цельновирионная инактивированная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: –
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: –
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза
В ближайшие месяцы должны завершиться клинические испытания цельноклеточной (цельновирионной) вакцины, разработанной в Научном центре им. М.П. Чумакова. Главное отличие нового препарата от других отечественных вакцин – содержание в ней целых, убитых вирусов. Специалисты Центра считают, что такой подход позволит сформировать более полный иммунный ответ, ведь антитела в этом случае будут вырабатываться в ответ не на один или несколько вирусных белков, а на все белки, содержащиеся в вирусе.
Зарубежные вакцины-лидеры
Среди огромного количества вакцинных кандидатов за рубежом сформировался список лидеров. Все эти вакцины находятся на 2 или 3 фазе клинических испытаний. Есть и те, что уже используются. Поставка некоторых из этих вакцин возможна в Россию в будущем. Здесь мы расскажем про самые известные из них.
мРНК-вакцины: Pfizer-BioNTech и Moderna
В России вакцин на базе вирусной матричной РНК пока нет, а вот в других странах их активно разрабатывают и исследуют. Среди самых нашумевших и перспективных препаратов этой группы – вакцины компаний Pfizer-BioNTech и Moderna.
Вакцина Comirnaty (Pfizer-BioNTech)
НАЗВАНИЕ: Comirnaty (tozinameran, BNT162b2)
ТИП ВАКЦИНЫ: мРНК-вакцина
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 21 день
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: 95%
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, полностью одобрена в некоторых странах
В ноябре 2020 года Pfizer и BioNTech заявили об эффективности разработанной ими вакцины, превышающей 90%. Сейчас вакцина все еще находится в 3 фазе испытаний, которая должна включать более 40 тысяч добровольцев.
Comirnaty получена на базе вирусной матричной РНК (мРНК). Попадая в организм, РНК вируса заставляет клетки производить вирусные S-белки, вызывающие иммунный ответ (рис. 5).
Рисунок 5. Как работает мРНК-вакцина Comirnaty.Вакцина с осени прошлого года используется в экстренном порядке в США, Канаде, ЕС и ряде других стран, она полностью одобрена в Саудовской Аравии, Бахрейне и Швейцарии.
Важно!
Норвежское медицинское агентство 14 января сообщило о 23 случаях смерти среди пожилых людей, привитых Comirnaty. На данный момент обработаны 13 заявлений. Специалисты считают, что побочные эффекты мРНК-вакцин могут спровоцировать тяжелое течение болезни у ослабленных пациентов, в связи с чем возможно изменение рекомендаций по использованию вакцины.
Вакцина mRNA-1273 (Moderna)
НАЗВАНИЕ: mRNA-1273
ТИП ВАКЦИНЫ: мРНК-вакцина
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 4 недели
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: 94,5%
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, раннее в США, ЕС и других странах
Вакцина от американской компании Moderna работает так же, как вакцина Comirnaty. Сегодня ее разрешено использовать в США, Канаде, Израиле, Великобритании, Швейцарии и в некоторых странах ЕС. В третьей фазе испытаний участвует более 30 тысяч человек.
Аденовирусные вакцины компаний Oxford-AstraZeneca, CanSino и Johnson and Johnson
Все аденовирусные вакцины, включая уже известный нам Спутник V, для доставки в клетки генетического материала коронавируса используют векторы – аденовирусы, которые не могут размножаться и вызывать болезнь.
Вакцина AZD1222 (Oxford-AstraZeneca)
НАЗВАНИЕ: AZD1222 или Covishield
ТИП ВАКЦИНЫ: векторная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 4 недели
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: от 60 до 90% в зависимости от дозировки
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, разрешена в Великобритании, Индии
Вакцина AZD1222 была получена на базе аденовируса ChAdOx1, заражающего шимпанзе. Ее разработкой занималась англо-шведская компания AstraZeneca.
Осенью исследования вакцины AZD1222 прерывались после случая поперечного миелита у одного из испытуемых, но затем были продолжены. Хотя третья фаза испытаний еще не закончена, вакцина уже разрешена для использования в Великобритании, Индии и ряде других стран. В декабре 2020 года AstraZeneca объявила о сотрудничестве с Центром Гамалеи, разработавшим вакцину Спутник V. Предполагается, что комбинация двух вакцин будет обладать лучшей эффективностью.
Вакцина Convidecia (CanSinoBIO)
НАЗВАНИЕ: Convidecia или Ad5-nCoV
ТИП ВАКЦИНЫ: векторная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 1 доза
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, разрешена в Китае
Вакцина китайской компании CanSinoBIO на базе аденовирусного вектора Ad5 в настоящее время проходит третью стадию клинических испытаний в России (в нашей стране вакцина называется Ad5-nCoV), Пакистане, Мексике и Чили. Еще до начала завершающей фазы исследований препарат был одобрен в Китае, в ноябре 2020 года вакцину там получило порядка 50 тысяч человек.
Вакцина Ad26.COV2.S (Johnson & Johnson)
НАЗВАНИЕ: Ad26.COV2.S
ТИП ВАКЦИНЫ: векторная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 1 доза
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза
Для создания вакцины Ad26.COV2.S был использован вектор аденовируса Ad26, уже успевший послужить ученым верой и правдой. В прошлом сотрудниками американской компании Johnson & Johnson на его основе были получены вакцины против лихорадки Эбола и других инфекций.
Третья фаза испытаний, начавшаяся в сентябре 2020 года, будет включать 45 тысяч человек, ее результаты ожидаются в январе. В ноябре 2020 года компания заявила о дополнительных испытаниях, чтобы оценить преимущества введения двух доз вакцины. После одобрения предполагаемые объемы производства препарата составят около 1 млрд доз в год, вакцина будет доступна по всему миру.
Пептидная вакцина Novavax
НАЗВАНИЕ: NVX-CoV2373
ТИП ВАКЦИНЫ: пептидная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 21 день
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза
Третья фаза испытаний пептидной вакцины от американской компании Novavax стартовала в сентябре 2020 года. Суммарно в Великобритании и США в исследовании вакцины должны принять участие более 45 тысяч человек. После регистрации препарата его планируется поставлять в США, Англию и Австралию.
В состав вакцины входит вирусный S-белок NVX-CoV2373, наработанный в клетках моли, инфицированных бакуловирусом (бакуловирусы вызывают заболевания у насекомых). В этот бакуловирус ученые предварительно встроили ген целевого коронавирусного S-белка, заставив клетки моли служить фабрикой для производства вирусных протеинов. После этого белки были собраны в наночастицы, а в качестве адъюванта в состав препарата вошли сапонины – вещества, получаемые из экстракта мыльного дерева.
Цельновирионные вакцины: Sinopharm, Sinovac, Bharat Biotech
Цельноклеточные вакцины содержат целые, ослабленные или предварительно инактивированные (убитые) частицы коронавируса. В России такой препарат разрабатывает Научный центр имени М.П. Чумакова.
Вакцина BBIBP-CorV (Sinopharm)
НАЗВАНИЕ: BBIBP-CorV
ТИП ВАКЦИНЫ: цельновирионная инактивированная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 21 день
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: 79,34%
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, полностью одобрена в Китае и др. странах
Инактивированная бета-пропиолактоном цельновирионная вакцина BBIBP-CorV прошла третью фазу испытаний и была окончательно одобрена в Китае, ОАЭ и Бахрейне. В конце декабря Sinopharm заявила, что эффективность препарата составляет порядка 79%, подробный отчет о результатах исследований пока не опубликован.
Вакцина CoronaVac (Sinovac)
НАЗВАНИЕ: CoronaVac или PiCoVacc
ТИП ВАКЦИНЫ: цельновирионная инактивированная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 14 дней
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: 50,4%
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, разрешена в Китае, Индонезии
Третья фаза испытаний китайской вакцины компании Sinovac проходит в Бразилии, Индонезии и Турции. В Китае и в Индонезии ее разрешено использовать для экстренной вакцинации. Несмотря на то, что эффективность препарата пока уточняется, Sinovac планирует крупномасштабное производство, ориентированное на экспорт.
Вакцина Covaxin (Bharat Biotech)
НАЗВАНИЕ: Covaxin или BBV152 A, B, C
ТИП ВАКЦИНЫ: цельновирионная инактивированная
КОЛИЧЕСТВО ДОЗ: 2 дозы с интервалом 4 недели
СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ: инъекция в плечо
ЭФФЕКТИВНОСТЬ: не установлена
СТАДИЯ ИСПЫТАНИЙ: 3 фаза, разрешена в Индии
Инактивированная вакцина Covaxin индийской компании Bharat Biotech была экстренно одобрена в Индии еще до разглашения результатов третьей фазы клинических испытаний, начавшихся в октябре 2020 года. Сейчас компания занимается разработкой вакцины для рынка США совместно с Ocugen.
Другие кандидаты
Помимо перечисленных, множество других перспективных препаратов в настоящее время проходят клинические и доклинические испытания. Среди них:
мРНК-вакцина CVnCoV (CureVac, Германия),
ДНК-вакцина AG0302-COVID19 (AnGes, Япония),
ДНК-вакцина ZyCoV-D (Zydus Cadila, Индия),
ДНК-вакцина INO-4800 (Inovio, США),
ДНК-вакцина компании Arcturus Therapeutics (США) и медицинской школы Duke-NUS (Сингапур),
мРНК-вакцина HGC019 (Gennova Biopharmaceuticals-HDT Bio, Индия и США),
ДНК-вакцина компании GeneOne Life Science (Южная Корея),
векторная вакцина компании ReiThera (Италия),
векторная вакцина на основе ослабленного вируса кори компаний Merck (США) и Themis Bioscience (Австрия),
векторная назальная вакцина на основе ослабленного вируса гриппа (University of Hong Kong и Xiamen University, Китай),
пептидная вакцина ZF2001 (Anhui Zhifei Longcom, Китай),
пептидная вакцина на основе вирусоподобных частиц (Medicago, Канада),
пептидная вакцина компании Clover Biopharmaceuticals (Китай),
пептидная вакцина Sanofi (Франция) и др.
Что в итоге
Пандемия COVID-19 заставила фармацевтические компании всего мира вступить в гонку, целью которой стала разработка вакцин против новой коронавирусной инфекции. И пусть современные платформенные технологии позволяют получать кандидатные препараты в очень короткий срок, необходимость в клинических испытаниях все еще заметно тормозит выпуск новых лекарств. Среди вакцин-лидеров можно отметить препараты из США, России, Китая, Европы и Индии (табл. 2). Их исследования продолжаются и сегодня.
Таблица 2. Вакцины-лидеры, предназначенные для профилактики COVID-19.
Вакцина
Страна
Компания
Тип вакцины
Эффективность
Спутник V
Россия
Центр эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи
Векторная
91,4%
AZD1222
Англия, Швеция
AstraZeneca
Векторная
от 60 до 90%
Ad26.COV2.S
США
Johnson & Johnson
Векторная
–
Convidecia или Ad5-nCoV
Китай
CanSinoBIO
Векторная
–
Comirnaty (tozinameran, BNT162b2)
США, Германия
Pfizer-BioNTech
мРНК-вакцина
95%
mRNA-1273
США
Moderna
мРНК-вакцина
94,5%
NVX-CoV2373
США
Novavax
Пептидная
–
ЭпиВакКорона
Россия
Вектор
Пептидная
–
BBIBP-CorV
Китай
Sinopharm
Цельновирионная инактивированная
79,34%
CoronaVac или PiCoVacc
Китай
Sinovac
Цельновирионная инактивированная
Менее 78%
Covaxin или BBV152 A, B, C
Индия
Bharat Biotech
Цельновирионная инактивированная
–
Источники:
Официальный сайт вакцины Спутник V
Вакцина для профилактики COVID-19. Роспотребнадзор
Draft landscape of COVID-19 candidate vaccines. WHO
Carl Zimmer, Jonathan Corum and Sui-Lee Wee. Coronavirus Vaccine Tracker. NYTimes