От малька до велика: первые в РФ ДНК-вакцины увеличат производство рыбы
Российские ученые создают ДНК-вакцины для рыб, которые позволят рекордно увеличить выживаемость в аквахозяйствах и повысить их производительность. Специалисты провели первый пилотный эксперимент, исследуя прототип такого препарата на судаке обыкновенном, в условиях индустриальной аквакультуры в Ленинградской области. По словам экспертов, больше всего аквакультура страдает от бактериальных и вирусных заболеваний, поэтому разработка отечественных препаратов крайне актуальна. Подробнее — в материале «Известий».
Вакцинация рыб
Ученые филиала Института высокомолекулярных соединений Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ-ИВС), входящего в состав НИЦ «Курчатовский институт», совместно с коллегами из Санкт-Петербургского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии и Государственного научного центра Института биоорганической химии имени академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН (Москва) ведут разработку прототипа ДНК-вакцины для рыб. Этим летом исследователи провели первый пилотный эксперимент на судаке обыкновенном в условиях индустриальной аквакультуры в Ленинградской области. Его целью было сравнение эффективности прототипа вакцины при различных способах введения: пероральный, инъекционный, иммерсионный (метод погружения).
Однако, как рассказали «Известиям» ученые, сейчас перед ними не стоит задачи создать вакцину против какого-то конкретного патогена, поражающего водных обитателей.
— Методы генетической инженерии в современном мире развиты довольно хорошо и не составляет большого труда сначала вставить «нужный ген» (например, ген оболочки вируса Х) в разрабатываемую ДНК-вакцину, а затем масштабировать производство. Гораздо сложнее понять, как работает тот или иной тип вакцины, как увеличить его эффективность при введении наиболее «дружественным» для рыб способом. Именно на эти вопросы мы ищем ответы в рамках нашего исследования, — рассказала «Известиям» научный сотрудник лаборатории природных полимеров филиала НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ-ИВС, кандидат химических наук Анастасия Зубарева.
По ее словам, сейчас одна из задач ученых — исследование биораспределения прототипа вакцины в различных органах рыб, что поможет отследить путь формирования иммунного ответа. Помогает в этом кольцевая молекула ДНК (плазмида), в которую вставлен ген зеленого флуоресцентного белка (GFP), одна из самых известных флуоресцентных меток для клеточных и молекулярных биологов. С помощью таких светящихся молекул ученые могут визуализировать и изучать различные биологические процессы.
Вторая задача — повышение эффективности неинъекционных форм ДНК-вакцин.
— В настоящее время основной способ введения вакцин рыбам — инъекции. Но представьте, что очередь из скользких пациентов исчисляется тоннами. В одном из мировых лидеров производства аквакультурной продукции — Норвегии — проблему решили, создав специальную установку. Она управляется одним оператором, при этом способна сделать прививку до 40 тыс. мальков семги и одновременно вводить до четырех вакцин. Но есть и альтернатива — пероральный и иммерсионный пути введения препарата, — сказала она.
Разработчики считают, что преимущественным способом должна быть иммерсионная вакцинация мальков. Для этого рыба кратковременно отсаживается в резервуары, содержащие препарат, а потом возвращается в привычную среду обитания. Такой способ позволит обработать одновременно большое количество рыб без сильного стресса для них.
Как работают ДНК-вакцины
Научному коллективу предстоит провести целый комплекс исследований: пока они в начале пути. Для того чтобы ДНК-вакцина достигла цели и попала в ядро клетки, ей нужно преодолеть множество биологических барьеров: эпителий кожи, жабр, кишечника.
— Чтобы увеличить биодоступность прототипа вакцины, мы предлагаем упаковать плазмиду в оболочку из полимеров природного происхождения — альгината и хитозана. Она защитит ДНК от преждевременного разрушения в суровых условиях желудочно-кишечного тракта и, возможно, позволит увеличить эффективность пероральной вакцинации. Что касается второго пути введения — «вакцинных ванн», то в этом случае в состав вакцины можно добавить положительно заряженный хитозан. Он обладает способностью прилипать к жаберному эпителию и временно открывать плотные контакты, соединяющие клетки, увеличивая эффективность вакцинации, — отметила Анастасия Зубарева.
При этом, по словам ученых, внедрение ДНК-вакцин в России может столкнуться с рядом сложностей, связанных с регуляторными ограничениями о применении ГМО.
— Но мир меняется. Не так давно мы были очевидцами быстрого внедрения в практику вакцин, содержащих нуклеиновые кислоты, когда человечество остро нуждалось в эффективных иммунопрепаратах во время пандемии COVID-19. Такое быстрое продвижение препаратов на рынок стало возможно лишь потому, что у ученых был большой багаж знаний о том, как такие вакцины работают, и готовые разработки ждали своего часа. Поэтому наша задача сегодня — понять механизмы действия таких препаратов, оценить их эффективность и в случае необходимости подстроиться под запросы конкретных аквахозяйств, — сказала исследователь.
Мировой опыт ДНК-вакцинации и статистика
Подобные вакцины не новость для мировой аквакультуры, рассказали «Известиям» ученые. Например, в 2005 году такой тип препаратов уже спас канадского лосося от инфекционного некроза гемопоэтической ткани, а множество аквахозяйств — от банкротства. По данным, которые приводятся в научных источниках, в некоторых случаях удалось достичь 80–100% выживаемости после вакцинации в сравнении 0–20% без нее.
По статистике, объемы производства аквакультуры в России растут из года в год, вместе с тем важным фактором сохранения продукции можно назвать и снижение процента гибели рыбы в рыбхозах России. В настоящее время до 5% продукции гибнет от вирусологических, бактериологических и паразитологических заболеваний, сказал «Известиям» руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet («Фуднет») НТИ Сергей Косогор.
— Разработка РФ ДНК-вакцин положительно скажется на увеличении производства рыбы и позволит повысить выживаемость водных организмов, в том числе молоди, которая наиболее уязвима к заболеваниям, — сказал специалист.
Больше всего аквакультура страдает от бактериальных и вирусных заболеваний, рассказал «Известиям» заведующий Испытательной референс-лабораторией Москвы Национального центра безопасности рыбной и сельскохозяйственной продукции Россельхознадзора Андрей Марцынкевич. Перечень таких болезней на территории РФ не уникален.
— Заболевания рыб в условиях аквакультуры распространяются крайне быстро из-за плотности посадки, часто допускающей непосредственный контакт рыб друг с другом. При этом постановка точного диагноза занимает значительное время, и до начала направленного лечения могут уже возникнуть значительные потери. Поэтому профилактика — наиболее эффективное средство защиты от болезней, — сказал специалист.
Вакцинация особенно эффективна на ранних стадиях развития организма. Так, например, в настоящее время специалисты Всероссийского научно-исследовательского института защиты животных разработали поливалентную вакцину для лососевых рыб, которая, как ожидается, будет эффективна как против вирусных, так и против бактериальных инфекций, рассказал Андрей Марцинкевич.
Однако списывать все отходы на патогены неверно, отметил в разговоре с «Известиями» глава КФХ «Акваферма» Антон Алексеев. По его словам, первопричина гибели рыбы в хозяйствах — это чаще всего температура, качество воды, посадочного материала и кормов.
— У разных объектов аквакультуры разные причины гибели: отходы на морском лососе могут достигать 70% от морской вши, а похожая на него для потребителя радужная форель может достичь таких цифр выбраковки скорее из-за жары, а не от патогенов. Перспективы разработки отечественных вакцин я оцениваю как высокие, хотя до стабильных результатов в этом направлении может пройти время, — сказал эксперт.
По его словам, исследования необходимо продолжать, и важность движения к импортозамещению этих вакцин нельзя переоценить.
