Вирусологический ликбез. Аденовирусы и аденовирусные векторы
На рисунке ниже «портрет» аденовирусов - реальные вирусные частицы (по-научному - вирионы) и их модель. Не правда ли, они «фотогеничны». На мой вкус аденовирусы самые «симпатичные» среди вирионов различных вирусов человека и животных. Кстати, под электронным микроскопом все аденовирусы выглядят одинаково.
Обратите внимания на высокоупорядоченную, симметричную форму вирионов (это идеальный многогранник с 20-ю треугольными гранями - икосаэдр). Из каждой вершины многогранника (всего их 12) «торчит» длинный отросток, похожий на барабанную палочку (он называется «файбер»). Именно файбер является «якорем», с помощью которого аденовирусы «швартуются» к клетке, связываясь с рецептором. Для разных аденовирусов клеточные рецепторы разные. Внутри вириона находится геномная ДНК. У аденовирусов она линейная, двунитчатая.
По величине вирионов и генома аденовирусы «середнячки» - не маленькие, но и не очень большие (длина геномной ДНК 30-35 тысяч пар оснований). В геноме аденовирусов (как, впрочем, и других вирусов) закодированы два типа белков - структурные (те, из которых построен вирион) и неструктурные (те, которые необходимы для репликации вируса, но в состав вирионов не входят).
Аденовирусные векторы
Для того чтобы превратить обычный аденовирус в вектор для доставки тех или иных генов, с ним проделывают генно-инженерный «фокус». Некоторые гены неструктурных белков удаляют. А на их место можно вмонтировать «вставку» - ген, который модифицированный вирус (его называют вектором) может доставить в клетки. Но как же получить «урожай» модифицированных вирионов, если гены неструктурных белков необходимых для репликации вируса у них удалены? Для этого нужны специальные клеточные культуры способные компенсировать дефект в вирусном геноме. Это позволяет получить «урожай» аденовирусных вирионов, несущих вставку. Но в обычных клетках эти вирионы размножаться не смогут. По внешнему виду «рукотворные» вирионы ничем не отличаются от природного аденовируса. Они способны швартоваться на те же клетки, что и вирус из которого «сделаны», проникать внутрь клеток и запускать синтез вирусных белков, как собственных, так и белка, кодируемого вставкой. Но формировать новое «поколение» вирионов такие аденовирусные векторы не способны. Поэтому их называется нереплицирующимися. Дело в том, что для размножения внутри обычных клеток вирусу необходимы те неструктурные белки, гены которых были удалены из вектора. Иммунная система распознаёт все вирусные белки, включая белок, кодируемый вставкой, и реагирует на них иммунными ответами разных типов. В каком-то смысле иммуногенность такой вакцины (ответ на белок, кодируемый вставкой) это «побочный эффект» иммунного ответа на аденовирус.
Аденовирусные векторы и генная терапия
Первые аденовирусные векторы для доставки генов были сделаны давно - в конце 1980-х - начале 1990-х. Первоначально, нереплицирующиеся вирусные векторы пытались использовать для генной терапии моногенных наследственных заболеваний (это когда болезнь вызывается дефектом единичного гена и делается попытка «пересадки» нормальной копии этого гена). Эти исследования вышли на уровень клинических испытаний, но в 1999г. произошла трагедия - умер ребёнок, получивший генную тепапию нереплицирующимся аденовирусным вектором (с «правильной» копией гена, который у ребёнка был дефектен). К сожалению, расследование не оставило сомнений в том, что виноват был вектор - для генной терапии требовались очень высокие дозы вируса и воспалительная реакция на такую «перегрузку» оказалась неконтролируемой. Выявилась ещё одна проблема, связанная с антителами против аденовирусов человека (подробнее об этом ниже). В целом генно-терапевтическая «карьера» аденовирусных векторов не сложилась.
Аденовирусные векторы как платформа для вакцин
В области разработки вакцин нереплицирующиеся аденовирусные векторы обрели «второе дыхание». За последние 20 лет опубликованы сотни, если не тысячи, работ с описанием экспериментальных вакцин на основе нереплицирующихся аденовирусных векторов.
Плюсы
У вакцин на аденовирусных платформах немало достоинств. Они имитируют природную инфекцию и запускают все виды иммунного ответа (антительный, Т-клеточный, врождённый). Для таких вакцин не нужен адъювант (добавка, повышающая иммуногенность). Возможны безинъекционные варианты введения (аэрозоль, пищевые капсулы). Отсутствуют опасности, связанных с «несанкционированным проживанием» вакцинного вектора - нереплицирующийся аденовирусный вектор не размножается в клетках вакцинированного человека и его ДНК не способна встроиться в вирусный геном (последнее характерно для широко используемых ретро- и ленти- вирусных векторов).
Минусы
Отсутствие необходимости в адъюванте связано с тем, что вакцины на аденовирусных векторах вызывают местную воспалительную реакцию. Как правило, она короткая и контролируемая. Но могут развиваться и более серьёзные побочные эффекты (чем выше доза вакцины, тем чаще). Быстротечность вызываемого вакциной квази-инфекционного процесса сказывается на интенсивности и, особенно, на длительности иммунных ответов на вакцину. Для достижения необходимого уровня иммунитета и его поддержания требуются «подхлёсты» (повторные введения вакцины). Побочным эффектом многократных повторных вакцинаций является развитие иммунного ответа на сами аденовирусные компоненты вектора. Возникает порочный круг - падение уровня антител на специфический антиген (кодируемый вставкой) требует подхлёста, а каждая повторная иммунизация стимулирует антительный ответ (нейтрализующие антитела) против собственно аденовирусных антигенов. Общая проблема аденовирусных векторов (на основе аденовирусов человека) состоит в том, что в человеческих популяциях циркулирует множество аденовирусов (около 70 типов) и у многих людей есть нейтрализующие антитела против каких-то из них. Если человеку, у которого есть такие антитела, вводится вакцина, в основе которой человеческий аденовирус, то часть введенной дозы нейтрализуется. Из-за этого иммуногенность вакцины понижается. Так получилось, что первый нереплицирующийся аденовирусный вектор был сделан на основе аденовируса человека 5-го типа (Ad-5). И этот тип аденовирусного вектора стал наиболее «популярным» - подавляющее большинство исследований в этой области использовало именно этот вектор. К сожалению, оказалось, что антитела к аденовирусу человека 5-го типа имеются у многих людей (до 50% популяции). Проблема «высветилась» особенно ярко при самых масштабных клинических испытаниях вакцины против ВИЧ, сделанной на этой платформе. На эту американскую экспериментальную вакцину возлагали большие надежды. Вакцина оказалась неэффективной (в смысле защиты от ВИЧ). Более того, выяснилось, что у тех испытуемых, которые до вакцинации уже имели антитела против аденовируса 5-го типа, чувствительность к ВИЧ была даже несколько повышена. В качестве альтернативы «векторам Ad-5” были сделаны аналогичные векторы на основе аденовируса человека 26-го типа (Ad-26), антитела к которому встречаются значительно реже. Пытаются использовать и более радикальный приём - сделаны нереплицирующиеся аденовирусные векторы на основе вирусов человекообразных обезьян - шимпанзе и гориллы. Эти вирусы легко инфицируют человеческие клетки, а антитела к ним у людей отсутствуют. Последнее, впрочем, нуждается в уточнении. Дело в том, что, по крайней мере, у африканцев в странах южнее Сахары такие антитела встречаются. Это известно достаточно давно, но систематически этот вопрос пока не изучен. Однако, маловероятно, что антитела, нейтрализующие аденовирусы обезьян, у людей присутствуют чаще, чем аналогичные антитела против «собственных» аденовирусов. Более подробно об этой проблеме здесь: https://prof-afv.livejournal.com/41088.html.
На платворме нереплицирующийся аденовирусный вектор сделаны следубщие вакцины против COVID-19: российская ГамКовидВак (Ad26 и Ad5), китайская CanSinoBio (Ad5), британская AZD1222/AstraZeneka (Ad шимпанзе) и американская Ad26.COV2.S/Johnson&Johnson (Ad26).
(с) Проф_АФВ