Мультик от создателя: из чего же, из чего же делают наши вакцины
В октябре начались клинические исследования третьей российской вакцины от COVID‑19, созданной в Федеральном научном центре исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М.П. Чумакова. Что особенного в этой вакцине, почему для ее производства используют клетки зеленых мартышек, а в институте почти нет заболевших, рассказал один из ее разработчиков — Юрий Ивин, руководитель группы ферментации и культивирования в отделе разработки и внедрения инновационных и полупромышленных технологий.
Совместный проект научно-популярного журнала «Кот Шрёдингера» и «Известий»: каждые выходные на портале будут представлены самые интересные тексты известного научно-популярного журнала «Кот Шрёдингера»
Ковид и коты
Научный центр Чумакова находится недалеко от Внуково: по одну сторону Киевского шоссе блестящие стекла и флаги Vnukovo Outlet Village, по другую — бетонный забор с колючей проволокой. При входе капсулы-сканеры, как в аэропорту, несколько охранников, потом турникеты. За забором — советские здания из рыжего кирпича, газоны и деревья. Люди в масках, которые попадаются навстречу, присматриваются и здороваются, как в деревеньке. Слышно, как падают листья.
— Здесь пахнет, как в лесу под Звенигородом, — говорит молодой ученый Юрий Ивин. — И белки живут — видите кормушки на деревьях? Правда, их вытесняют птицы и коты-акробаты — сидят, качаются в кормушках.
— Вообще-то я рассчитывала увидеть ковид, а не котов. Вы же его здесь выращиваете и храните?
— Я не смогу показать вам даже специальные холодильники, в которых хранится вирус, — флегматично отвечает Юрий Ивин. — Они в закрытой зоне с отдельной пропускной системой. Зато я покажу место будущего производства новой вакцины, куда уже через пару месяцев вам будет не попасть.
Центр Чумакова работает с вирусами все 65 лет с момента открытия. Начинал с вакцины против полиомиелита с живыми ослабленными вирусами — ею прививают до сих пор. Возможно, и вы привиты ею.
— Живые вакцины вызывают самый стойкий иммунитет, — рассказывает Юрий. — Обычно их вводят в организм тем же путем, каким попадает дикий вирус. Против полиомиелита, например, через пищеварительную систему. Против гриппа — через нос. Там вакцину встречает так называемый мукозальный, барьерный иммунитет, который потом не даст вирусу проникнуть в кровь и клетки. Это идеальная защита.
— То есть лучше всего разработать от ковида живую вакцину?
— Но у нее серьезные побочные эффекты. Ослабленный вирус, попадая в организм, начинает размножаться, а иммунитет его давит. Чем сильнее иммунная реакция, тем она чувствительнее для организма. Человек с иммунодефицитом может даже заболеть. Но я читал, что в Индии разрабатывают как раз живую вакцину.
Самые популярные и хорошо изученные вакцины — это инактивированные, то есть с убитыми вирусами. Обычно они не дают серьезных «побочек». При этом в организм попадает целая вирусная частица — значит, антитела могут выработаться к разным ее частям. Если дикий вирус мутирует в какой-то одной части, иммунная система сможет опознать его по другой. Центр Чумакова десятки лет специализируется на инактивированных вакцинах (например, от энцефалита). Тот же Юрий Ивин в последние годы участвовал в разработке инактивированной вакцины от полиомиелита. Она уже прошла клинические испытания, а вот научную публикацию пока не успели подготовить. Началась пандемия, и ученые переключились на новую вакцину.
— Если у вас такая привычная, хорошо изученная технология, почему вы не первыми в России получили разрешение на клинические исследования? — спрашиваю. — Не обидно?
— Работа с живым вирусом — опасное производство, — без тени пафоса говорит Ивин. — Мы не можем ускорить некоторые этапы даже в пандемию. Другим разработчикам не приходится много контактировать с вирусом. Так, Институту Гамалеи для их векторной вакцины нужен только ген белка spike — того самого, который выглядит как шип на изображениях коронавируса. Это главный антиген, на который должна среагировать иммунная система. Его вообще можно было синтезировать без контакта с коронавирусом, как только китайские ученые расшифровали геном. Но проще, конечно, вырезать ген, а потом вставить в геном безопасного аденовируса — такую технологию Институт Гамалеи разработал для вакцин против Эболы и MERS, близкого к новому коронавирусу. А что сделал новосибирский «Вектор», я просто не знаю: не видел их публикаций.
Ученый открывает электронным ключом дверь в здание. Ведет нас к металлическим шкафчикам и выдает одноразовые халаты, бахилы и шапочки — в дополнение к нашим маскам и перчаткам. Туда, где идет производство вакцины, требуются костюмы посерьезнее.
От бутылки к биореактору
Мы идем узкими коридорами. Через стеклянный шлюз заходим в помещение с двумя стеклянными и двумя крашеными стенами. Вдоль стен компьютеры, какие-то агрегаты и шкафы. Окон нет. Становится неуютно.
— В начале пандемии нам, наверное, было даже тревожнее, чем остальным: мы же много читали, — говорит Ивин. — Помню, когда ввели пропуска для передвижения, автобусы вдруг стали забиты битком. Все без масок, чихают и кашляют. Жутковато. Я надевал одноразовую маску, а сверху еще велосипедную с угольным фильтром, чтоб поплотнее к лицу прижать. Но потом купил машину и успокоился.
— Только из-за пандемии купили машину?
— Давно собирался, но тут решился.
В то же самое время начальница отдела Анастасия Пиняева ездила в больницу в Коммунарке добывать вирус SARS-CoV-2 для будущей вакцины. Она, правда, не имела дел с пациентами, только с их мазками. И вскоре даже сама начала проводить ПЦР-диагностику сотрудникам с симптомами простуды.
— Мы работаем с вирусом профессионально, с соблюдением всех требований безопасности, в боксах с рукавами, где не может быть прямого контакта, — объясняет Ивин. — Когда появилась возможность сделать анализ, стало спокойнее, а главное — вскоре началась разработка вакцины. За всё это время из 20 человек переболела только одна сотрудница отдела, и та заразилась не на работе.
Подходящий для вакцины вирус придирчиво отбирали из полученных в Коммунарке: нужно было, чтобы он хорошо размножался в клетках и хорошо их убивал. Для выращивания вирусов центр обычно пользуется известной линией клеток африканской зеленой мартышки Vero. Она подошла и для SARS-CoV-2. Когда нужный штамм подобрали, группа Ивина приступила к культивированию клеток и самого вируса.
— Это биореакторы для культивирования клеток, — мы подходим к двум не самым большим, ниже человеческого роста агрегатам с цилиндрическими емкостями.
Юрий Ивин рассказывает, что для лабораторных исследований достаточно роллерной бутылки или культурального флакона: посадил внутрь клетки — они и растут по поверхности. Заразил их вирусом, потом инактивировал химическим веществом типа формалина, пропустил через центрифугу, чтобы очистить от остатков клеток и других примесей, — получил 10 мл чистейшей вакцины.
— На производстве мы тоже начинаем цикл с бутылок, — говорит Ивин. — Сейчас все пользуются не стеклянными, а одноразовыми пластиковыми — для безопасности. Обычно они лежат на валиках в больших шкафах — видите слева от вас почти двухметровые? А в таком биореакторе поместится в 10 раз больше клеток. Потом мы переносим их в еще больший реактор. Выращиваем еще больше клеток и только тогда заражаем вирусом.
В биореакторе клетки растут совсем в других условиях: вместо бутылок — маленькие полимерные шарики, они плавают в питательной среде, содержащей фактор роста клеток из сыворотки крови. Туда же по трубкам подается сжатый воздух, кислород, углекислый газ. Смесь волнообразно перемешивается, чтобы к клеткам поступала еда, а продукты жизнедеятельности, наоборот, отводились. Реактор делает это сам, но всё равно его нужно настроить, проследить, а иногда скорректировать.
— Вы рассказываете про клетки, как про детей: и укачать надо, и накормить, и чуть ли не умыть, — говорю. — Наверное, жалеете, что не можете выкладывать их фоточки?
— Мы выкладываем! — отвечает Ивин. — В рабочих чатах. Сейчас сами увидите.
Он показывает в телефоне блеклые кружки с полосочками. Это полимерные шарики с клетками на поверхности.
— Но это ерунда по сравнению с фотографиями зараженных клеток! — говорит Ивин. — Пойдемте в лабораторию, покажу на компьютере.
Выращивание клеточных культур, рассказывает он по дороге, им было не в новинку. А вот сам вирус оказался совсем не похож на знакомые им крошечные пикорнавирусы (к ним относится, например, полиомиелит). SARS-CoV-2 не только гораздо крупнее, но и покрыт дополнительной к белковой липосодержащей мембранной оболочкой. Это не помеха для заражения клеток и даже для инактивации вируса. Но требует других методов очистки вакцины от примесей. С центрифугой при малых лабораторных объемах проблем нет. Но могут быть, например, при промышленном хроматографическом способе, когда многосоставный раствор пропускают через смесь смол, и разные фракции оседают в разных слоях. Ученые рассчитали, как и что сделать. Вакцина прошла доклинические испытания на мышах и обезьянках мармозетках.
— Я знаю, что испытания прошли успешно, — говорит Ивин. — Не только с точки зрения безопасности: у животных выработались нейтрализующие антитела, которые не дают вирусу связываться с клетками.
— То есть вы не побоитесь привиться своей вакциной?
— Конечно, я хочу привиться, когда начнется третья, массовая фаза клинических испытаний.
— Но тогда, может, и вакцина будет не совсем такая, как сейчас? — уточняю. — В России, говорят, часто бывают проблемы с качеством в промышленных масштабах.
— Промышленное производство — такая же серьезная разработка, как и создание вакцины, — соглашается Ивин. — Но я как раз пытался вам рассказать, насколько тщательно мы всё продумали с масштабированием. Мы всем отделом продолжаем налаживать производство. Качество других вакцин нашего центра доказано. Надеюсь, и с новой получится.
Вместо биороботов
Очутившись в своей лаборатории — комнате с высокими потолками, аутентичными деревянными шкафами 1950-х и штабелями упаковок молока за вредность, — Ивин первым делом идет к холодильнику. Достает стеклянную емкость, откачивает автоматической пипеткой прозрачную буферную жидкость и заливает новую.
— Работа ученого в значительной степени так и выглядит, — Ивин снова пытается сбить пафос. — Залил, подождал два часа, поменял, потом опять подождал два часа.
Он говорит, что в этой емкости на стекле тоже растут клетки зеленых мартышек. Завтра он будет их красить: добавлять к определенным белкам антитела, модифицированные флуоресцентными красителями для визуализации под микроскопом. Это никак не связано с вакцинами.
— На первый взгляд это описательная наука, но несколько таких исследований могут привести к интересным выводам, — говорит Ивин. — От пандемии есть один плюс: люди начали интересоваться фундаментальной наукой, поскольку благодаря ей мы часто получаем практические разработки. Обычно меня спрашивают: «Где работаешь? О, ты делаешь биороботов? Нет? Ну, ладно». О каких биороботах они вообще говорят?
Ивин заинтересовался биоинженерией, когда учился в биохимическом классе лицея в Троицке Челябинской области. Окончив лицей, он поступил в МГУ на факультет биоинженерии и биоинформатики. На четвертом курсе пришел в Центр Чумакова писать курсовую о взаимодействии клеток и вирусов. Да так и работает уже 11 лет, переселившись в другой, московский Троицк.
Он показывает видео, в котором вирусы (нековидные) взрывают клетки. Потом другое видео, где вирусы доводят клетку до программируемой смерти — апоптоза. А затем открывает цветные фотографии: разрушенные вирусом клетки кажутся нарисованными в черной пустоте лицами — кто-то грустит, кто-то улыбается наподобие хеллоуинской тыквы.
— Я даже мультфильм про них хотел сделать, — мечтательно смотрит на фото Ивин.
— Этим и займетесь, когда наладите производство вакцины от коронавируса? Или это слишком отдаленные планы?
— Вообще-то, третья фаза клинических испытаний может начаться уже в ноябре. Но еще много всего — например, подготовка научной публикации. У нашего отдела уже есть публикация по отбору вируса в The Journal of Infectious Diseases, будут и по другим этапам.
Ивин рассказывает, что потом ему было бы интересно заняться более технологичными вакцинами. Сделать, например, вирусоподобную частицу — это когда в клетках вырабатываются белки, которые потом собираются в частицу. Снаружи она как белковая оболочка вируса, но внутри нет генома, она не может ожить.
— Наш директор говорит, что вакцина первого выбора должна производиться на хорошо изученной базе, поэтому мы занялись инактивированной вакциной. Но потом неплохо бы сделать что-то более безопасное в производстве, что не требует культивирования живого вируса.
