Вакцины: кто предупрежден, тот вооружен

Препараты, связывающие токсины, сами разоружают бактерий, а подходящая вакцина может стимулировать выработку иммунной системой антител, которые делают то же самое. Именно так подавляют патогенность микробов некоторые старейшие и эффективнейшие вакцины. Например, противостолбнячная вакцина стимулирует выработку антител, нейтрализующих сильнодействующий токсин тетаноспазмин, вызывающий судороги в мышцах. Противодифтерийная вакцина защищает от яда столь смертоносного, что восемь миллионных грамма этого яда могут убить взрослого мужчину. Когда подавляющие патогенность вакцины используются широко, они могут приносить и дополнительную пользу, способствуя распространению более “мирных” штаммов бактерий, не тратящих силы на производство оружия, к которому их хозяева стали невосприимчивы. Именно это происходило, например, во всех странах, где была введена почти всеобщая вакцинация против дифтерии.

Вакцины – это не только способ ослабить бактерий, но и, возможно, наша главная надежда на то, что нам удастся тратить как бремя воспалений, связанных с переносимыми на протяжении всей жизни инфекциями, так и поенный прием антибиотиков. Вакцины, как выясняется, умного реже, чем антибиотики, способствуют выработке устойчивости, потому они не атакуют какие‑то отдельные структуры (например, клеточную стенку) или вещества например, рибосомную РНК), а вместо этого подготавливают иммунную систему к быстрому уничтожению определимого микроба в ходе комплексной атаки.

На сегодня список болезней, которые можно предотвращать с помощью вакцин, включает инфекции, вызываемые дюжиной с лишним вирусов и полудюжиной бактерий.

К числу последних относятся столбняк, дифтерия, коклюш и бактериальный менингит. Одна из самых последних вакцин, против пневмококков, внедренная в медицинскую практику в 2000 году, позволила снизить заболеваемость пневмококковым воспалением легких и менингитом в США с 60 с лишним тысяч случаев ежегодно в девяностые годы до 37 тысяч в 2002 году, причем этот показатель продолжает снижаться. В качестве бонуса эта вакцина вызвала резкое снижение устойчивости к антибиотикам среди возбудителей тех пневмококковых инфекций, развитие которых она не позволяла предотвратить. Это связано с тем, что пять из семи штаммов пневмококка, на которые действует эта вакцина, вызывали 80 % устойчивых к антибиотикам пневмококковых инфекций.

Разумеется, в нашем распоряжении пока имеются вакцины далеко не против каждой бактериальной инфекции. “Все вакцины, которые было просто получить, мы давно получили”, – говорит Генри Шайнфилд, который еще в пятидесятые годы боролся со стафилококками в детских палатах родильных домов и в итоге стал специалистом по вакцинам. Некоторые бактерии легко спасаются от вакцин, объясняет он, потому что существуют в форме множества штаммов, демонстрирующих иммунной системе разные “лица”. Другим бактериям удается каким‑то образом избежать выработки долговременного иммунитета даже после развития активной инфекции. Это относится в особенности к бактериям, прячущим свои поверхностные белки от иммунной системы в капсуле, сделанной из полисахаридов. Дело в том, что белки вызывают намного более сильные и продолжительные формы иммунного ответа, чем другие вещества.

Все эти факторы, а также некоторые другие, постоянно чинили препоны на пути исследователей, искавших “Святой Грааль” иммунологии – эффективную вакцину против стафилококковых инфекций. За десятки лет согласованных усилий Шайнфилду и его коллегам из Центра исследования вакцин консорциума Kaiser Permanente в Окленде (Калифорния) удалось ближе всех подойти к решению этой проблемы. В девяностые годы они разработали вакцину StaphVAX, сочетавшую в себе элементы наружной полисахаридной капсулы стафилококка с особым набором белков, вызывающим сильный иммунный ответ. В 2002 году они сообщили о результатах испытания этой вакцины, задействовавшего больше 1800 пациентов, которым проводили диализ (такие пациенты подвержены повышенному риску смертельного заражения крови стафилококками)15. Вакцина сократила риск заражения стафилококком вдвое, но вырабатываемый при этом частичный иммунитет сохранялся лишь девять месяцев, после чего защитное действие вакцины быстро шло на убыль. Представителям групп риска, таким как пациенты, которым проводят диализ, ради этого уровня защиты стоит дважды в год получать по уколу. Но до вакцины от стафилококков, подходящей любому из нас, этому средству еще далеко.

Новые надежды сулят достижения иммунологии и генных технологий XXI века. В частности, методы прочтения генов потенциально опасных бактерий открывают исследователям новый путь выявления веществ, наилучшим обрати подходящих для включения в состав вакцин, чтобы обеспечивать максимальный уровень защиты. Например, Ояаф Шневинд из Чикагского университета и его аспирантка Юкико Стрейнджер‑Джонс используют подход, называемый обратной вакционологией, в поисках вакцины против самых опасных и распространенных штаммов устойчивого к метициллину золотистого стафилококка {MRSA).

Традиционный подход к разработке вакцин предполагает биохимическую препаровку микроба и последующее объединение его элементов в разных комбинациях в поисках тех, которые вызывают у подопытных животных особенно сильный иммунный ответ. Обратная же вакцинология предполагает поиск мишеней для иммунного ответа с помощью компьютерной программы. Юкико Стрейнджер‑ Джонс воспользовалась такой программой для анализа геномов восьми разных штаммов MRSA, выявившего у них общие последовательности. На основании этих результатов она нашла девятнадцать потенциальных мишеней – генов, кодирующих распространенные поверхностные белки. Выделив эти белки, она проверила их по одному, вводя каждый из них мышам, чтобы узнать, в какой степени инъекция этого белка защищает мышей от последующих стафилококковых инфекций. Среди четырех белков, показавших наилучшие результаты, были два, помогающие стафилококкам улавливать необходимое им железо (из красных кровяных телец), и два, вероятно помогающие микробу прикрепляться к человеческим тканям. По отдельности эти белки обеспечивали мышам лишь слабую защиту от стафилококков. Однако когда Юкико ввела мышам все четыре белка вместе, у них выработался полный иммунитет к двум штаммам патогенного MRSA и частичный иммунитет к еще трем штаммам. “Это только первый этап”, – говорит Юкико. В начале 2007 года она вновь обратилась к геномам стафилококков в поисках других общих белков, которые повысили бы эффективность ее вакцины.

По другому пути пошли исследователи, работающие в калифорнийской фармацевтической компании Cerus. Они делают вакцины на основе живых бактерий, способных заражать клетки человека, но не способных размножаться внутри них. Эта тактика, быть может, произведет прорыв в борьбе с такими болезнями, как туберкулез, брюшной тиф, хламидиоз, бруцеллез и листериоз, вызываемыми бактериями, которые забираются в человеческие клетки. Для борьбы с этими внутриклеточными инфекциями иммунная система должна вырабатывать антитела не к бактериям как таковым, а к зараженным ими клеткам. В этом иммунной системе помогают сами такие клетки, помечая самих себя для уничтожения – с помощью фрагментов бактериальных белков, вывешиваемых клеткой на поверхности. Именно поэтому вакцины, содержащие ослабленных, но по‑прежнему способных к заражению бактерий, намного эффективнее против внутриклеточных микробов, чем вакцины, содержащие мертвых бактерий или их составляющие, которые не попадают внутрь наших клеток. К сожалению, использование живых вакцин сопряжено с риском, особенно для людей с нарушениями иммунной системы, не только при введении им такой вакцины, но и при их контакте с человеком, которому ее ввели. Микробиолог из компании Cerus Том Дубенски нашел решение этой проблемы, успешно нейтрализовав одного из возбудителей внутриклеточных инфекций – вызывающего пищевые отравления микроба Listeria monocytogenes. Ему удалось это сделать, отключив у микроба несколько генов, необходимых для восстановления поврежденной ДНК, а затем облучив такие испорченные клетки ультрафиолетовым светом.

В результате он получил клетки листерии, способные почти на все, на что способны нормальные микробы данного вида, за исключением размножения.

Эти и другие новые подходы возрождают надежды на то, что вакцины когда‑нибудь все‑таки принесут нам победу над инфекционными болезнями, которую после открытия антибиотиков многие считали делом ближайшего будущего. Но для достижения данной цели недостаточно, чтобы новые вакцины просто поступали в продажу, предупреждает Стюарт Ливи из Университета Тафтса. Конечно, вакцины редко вызывают выработку устойчивости подобно антибиотикам, способствуя распространению мутаций или передаче генов, делающих данное средство неэффективным. Однако вакцина, содержащая антигены, свойственные некоторым, но не всем штаммам того или иного микроба, может способствовать распространению штаммов, против которых данная вакцина не помогает. Так случилось, например, с появившейся в 2000 году вакциной против пневмококков, эффективной против семи самых распространенных из сотен существующих штаммов пневмококка. Для опережения микробов в этой игре, по словам Ливи, требуются совместные усилия национальных и международных органов здравоохранения, которые должны постоянно отслеживать, какие штаммы бактерий активны в каждой стране и в отдельных ее районах, а кроме того, требуются соответствующие меры со стороны производителей вакцин – они должны быть готовы периодически менять набор выпускаемых ими вакцин в соответствии с отслеживаемыми изменениями.

По мере того как распространенные инфекции, которые можно предотвращать с помощью вакцин, будут становиться все более редкими, сотрудникам органов здравоохранения придется также соответствующим образом менять рекомендации, касающиеся повторной иммунизации, компенсируя снижение эффекта естественной иммунизации, ранее обеспечиваемого контактами с зараженными родными и друзьями. Например, недавнее возвращение коклюша было отчасти связано со снижением иммунитета у взрослых, для которых единственным контактом с возбудителем этой болезни была сделанная в детстве прививка. Теперь стало ясно, что для получения длительного иммунитета к коклюшу необходимо проводить повторную иммунизацию на поздних этапах полового созревания, а также, быть может, и в средние годы или в пожилом возрасте.

И наконец, предупреждает Ливи, микробиологи должны бдительно отслеживать действие любой вакцины, направленной против микробов, входящих в состав нормальной микрофлоры нашего организма. “Всякий раз, когда мы выбиваем микроба из его ниши, мы должны помнить, что что‑то другое займет его место”, – объясняет он. В качестве главного примера он приводит вакцину против гемофильной палочки (Haemophilus influenzae) типа H (Hib) – обычного обитателя нашей носоглотки. До появления эффективных вакцин (для годовалых детей и старше в 1987 году и для младенцев в 1990 году) Hib был самым распространенным возбудителем бактериального менингита, вызывая в США около 20 тысяч случаев инфекции и почти тысячу смертей ежегодно. Вакцины против Hib‑ инфекции снизили связанные с этим микробом заболеваемость и смертность более чем на 80 %.

Радуясь этой новости, некоторые осторожные микробиологи, такие как Ливи, в то же время с опаской следили за тем, кто займет место Hib. В число наименее приятных из возможных вариантов входили пневмококк и золотистый стафилококк. В результате на смену Hib пришел набор родственных ему бактерий других типов, иногда вызывающих синусит, особенно у взрослых. “Так что в итоге мы променяли опасную для жизни болезнь на болезнь, мешающую жить, говорит Ливи. – Неплохой обмен, но когда‑нибудь нам может и не повезти”.