Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества - Уолтер Айзексон

1790-х годах предложил английский врач Эдвард Дженнер, заметивший, что многие доярки обладают иммунитетом к оспе. Как выяснилось, они заражались коровьей оспой, которая не опасна для человека. Дженнер предположил, что коровья оспа дала дояркам иммунитет к натуральной. Он взял немного гноя из пузырька, появившегося из-за коровьей оспы, поцарапал руку восьмилетнему сыну своего садовника, втер гной в царапины, а затем (в те годы дискуссии о биоэтике еще не начались) привил мальчику натуральную оспу. Тот не заболел.

Существует целый ряд способов стимулировать работу человеческой иммунной системы с помощью вакцин. Один традиционный подход состоит в том, чтобы ввести в организм ослабленный и безопасный (аттенуированный) вариант вируса. Такие вакцины становятся прекрасными учителями для иммунной системы, поскольку содержащийся в них вариант весьма похож на натуральный. Организм реагирует, вырабатывая антитела для борьбы с вирусом, и иммунитет к нему может сохраняться всю жизнь. В 1950-х годах Альберт Сейбин применил этот подход для создания оральной вакцины от полиомиелита, и теперь мы пользуемся им для борьбы с корью, свинкой, краснухой и ветрянкой. На разработку и подготовку таких вакцин уходит много времени (вирусы приходится инкубировать в куриных яйцах), но некоторые компании в 2020 году взяли этот метод на вооружение в качестве долгосрочного варианта для борьбы с коронавирусом.

Пока Сейбин пытался создать ослабленный вирус полиомиелита для вакцинации, Джонас Солк добился успеха, сделав ставку на несколько более безопасный подход: он решил использовать деактивированный вирус. Вакцина такого типа тоже может научить иммунную систему человека бороться с живым вирусом. Пекинская компания Sinovac применила этот подход для разработки одной из первых противокоронавирусных вакцин.

Другой традиционный подход заключается в том, чтобы ввести в организм фрагмент вируса, например один из белков с его оболочки. Иммунная система запомнит его и позволит организму сформировать быстрый и надежный ответ на случай столкновения с настоящим вирусом. Например, так работает вакцина против вируса гепатита B. Вакцины, использующие лишь фрагмент вируса, безопаснее в использовании и проще в производстве, но обычно они не так хорошо справляются с выработкой долгосрочного иммунитета. Взявшись за создание вакцин в 2020 году, многие компании сделали ставку на этот подход и стали искать способы вводить в клетки человека белок, который формирует шипы на поверхности коронавируса.

Генные вакцины

Скорее всего, печальный 2020 год запомнится как время, когда на смену традиционным стали приходить генные вакцины. Вместо того чтобы вводить в организм человека ослабленный вариант или часть опасного вируса, вакцины нового типа доставляют в клетки человека ген или фрагмент генетического кода, который содержит инструкции для самостоятельного производства компонентов вируса. Цель состоит в том, чтобы эти компоненты стимулировали работу иммунной системы пациента.

Для этого можно взять безвредный вирус и внедрить в него ген, который будет производить необходимый компонент. Как мы все теперь знаем, вирусы мастерски умеют проникать в клетки человека. Именно поэтому безвредные вирусы можно использовать в качестве курьеров, или векторов, для транспортировки материала в клетки пациентов.

Такой подход позволил разработать одну из первых экспериментальных вакцин, созданную в весьма удачно названном Институте Дженнера при Оксфордском университете. Генетически перестроив безвредный вирус – аденовирус, вызывающий простуду у шимпанзе, – ученые добавили в него ген для создания белка-шипа коронавируса. В подобных вакцинах, разработанных в 2020 году другими компаниями, использовался аденовирус человека. Так, в вакцине Johnson & Johnson аденовирус человека доставлял в организм ген, кодирующий инструкции для создания фрагмента белка-шипа. Но оксфордская команда выбрала аденовирус шимпанзе, поскольку пациенты, перенесшие простудные заболевания, могли обладать иммунитетом к аденовирусу человека.

Как оксфордская вакцина, так и вакцина Johnson & Johnson делали ставку на то, что отредактированный аденовирус проникнет в клетки человека и инициирует производство большого количества белков-шипов. Это, в свою очередь, подтолкнет иммунную систему человека к выработке антител, и тогда она окажется подготовлена к тому, чтобы быстро реагировать при атаке настоящего коронавируса.

Ведущим исследователем в Оксфорде была Сара Гилберт[527]. В 1998 году, когда у нее раньше срока родилась тройня, ее муж взял на работе отпуск, чтобы позволить ей вернуться в лабораторию. В 2014 году Гилберт участвовала в разработке вакцины от ближневосточного респираторного синдрома (БВРС), в которой использовался отредактированный аденовирус шимпанзе, куда был добавлен ген белка-шипа. Тогда эпидемия сошла на нет, прежде чем ее вакцину ввели в оборот, но это дало Гилберт фору при появлении нового коронавируса. Она знала, что аденовирус шимпанзе прекрасно справлялся с доставкой в организм человека гена для создания белка-шипа БВРС. Когда в январе 2020 года китайцы выложили в интернет генетическую последовательность нового коронавируса, она сразу принялась вставлять в аденовирус шимпанзе ген его белка-шипа, изо дня в день поднимаясь в четыре утра.

К тому времени ее тройняшкам исполнился двадцать один год, и все они изучали биохимию. Они вызвались первыми получить вакцину и проверить, появятся ли у них антитела. (Они появились.) Испытания на обезьянах, проведенные в марте в центре по изучению приматов в Монтане, также дали многообещающие результаты.

На первых порах финансирование предоставлял Фонд Билла и Мелинды Гейтс. Билл Гейтс также настоял, чтобы оксфордская команда вступила в партнерство с крупной компанией, которая возьмет на себя производство и распространение вакцины, если она окажется действенной. В результате Оксфорд выбрал в партнеры британско-шведскую фармацевтическую компанию AstraZeneca.

ДНК-вакцины

Существует и другой способ доставить генетический материал в клетку человека и подтолкнуть ее к производству компонентов вируса, способных стимулировать иммунную систему. Вместо того чтобы вставлять ген компонента в вирус, можно просто доставить в клетки человека генетический код компонента в виде ДНК или РНК. Так клетки превратятся в установки по производству вакцины.

Начнем с ДНК-вакцин. Хотя до пандемии COVID не была одобрена ни одна ДНК-вакцина, идея казалась перспективной. В 2020 году ученые из Innovo Pharmaceuticals и нескольких других компаний создали маленькое кольцо ДНК, кодирующее фрагменты белка-шипа коронавируса. Предполагалось, что если оно сможет проникнуть в ядро клетки, то ДНК примется с большой эффективностью производить множество нитей матричной РНК, под контролем которых будут создаваться компоненты белка-шипа, стимулирующие иммунную систему организма. Синтезировать ДНК недорого, и для этого не нужно работать с живыми вирусами и инкубировать их в куриных яйцах.

Большую сложность, однако, представляет доставка ДНК-вакцин в клетки человека. Как добиться, чтобы небольшое кольцо синтезированной ДНК проникло сначала в саму клетку, а затем – в ее ядро? Если ввести пациенту в руку большую дозу вакцины, часть ДНК попадет в клетки, но это не слишком эффективно.

Некоторые разработчики ДНК-вакцин, включая Inovio, пытались обеспечить доставку с помощью метода электропорации, при котором место инъекции подвергается