Математическая модель и немного истории: новый подход к созданию универсальной вакцины против гриппа

Грипп – одна из самых распространённых вирусных инфекций. По оценкам ВОЗ, в мире ежегодно регистрируется от трёх до пяти миллионов "тяжёлых случаев" заражения, 260-500 тысяч из них заканчиваются летальным исходом. Наиболее уязвимы дети, пожилые люди и пациенты с ослабленным иммунитетом.

Лучший способ защиты от гриппа – это вакцинация, однако не все современные вакцины достаточно эффективны и доступны. Кроме того, прививку от гриппа нужно делать регулярно, а график вакцинации соблюдают далеко не все. В результате эпидемии, вызванные гриппом типа A, возникают примерно каждые два-три года, а вызванные гриппом типа В – каждые четыре-шесть лет.

Другая проблема заключается в том, что штаммы вируса постоянно мутируют и изменяются.

Поэтому исследователи работают над универсальной вакциной. Один из вариантов – ДНК-вакцина, которая защитит организм даже от вируса с генетическими изменениями.

Теперь же исследователи из Оксфордского университета в Великобритании представили принципиально новый подход к разработке вакцины. Они сосредоточились на изучении структуры вируса и нашли его "ахиллесову пяту".

Авторы работы поясняют: хотя грипп считается одним из самых "переменчивых" вирусов со множеством генетических вариаций, в сезоны эпидемий доминируют лишь несколько конкретных штаммов.

В течение 20 лет команда разрабатывала специальные математические модели, чтобы отследить изменения вируса. Именно такой междисциплинарный подход поможет "революционизировать" работу над вакцинами, а также пригодится в борьбе и с другими патогенами, считает один из ведущих авторов работы Крейг Томпсон (Craig Thompson).

Как известно, вирус гриппа имеет сферическую форму, это своего рода шарик диаметром 80-120 нанометров, покрытый "шипами", которые состоят из белков – гемагглютинина и нейраминидазы – и помогают вирусу цепляться за клетки-хозяева. У этих белков может происходить резкое изменение свойств, что приводит к появлению новых форм вируса. А дезактивированные "версии" этих белков обычно составляют основу вакцин против гриппа.

Однако математические модели помогли отследить эволюционную динамику вируса и обнаружить "структурные подразделения", которые "ограничены в изменчивости". Эти участки называются эпитопами, и иммунная система организма может их распознать.

Анализ данных пациентов и изучение множества образцов за последние десятилетия показали, что некоторые участки вируса, состоящие из гемагглютинина, практически не менялись в течение 80 лет.

Учёные создали на основе этих конкретных версий белков противовирусные вакцины и проверили их действие на лабораторных мышах. Одна группа грызунов получила прививку с идентифицированными эпитопами, вторую группу вакцинировали препаратом, содержащим другие эпитопы, мышам из третьей группы ввели "ложную вакцину" (комплекс веществ для усиления иммунного ответа), а контрольная группа осталась без вакцины.

Когда последовал иммунный ответ (организм мышей начал вырабатывать антитела), их заразили различными современными и "историческими" штаммами гриппа, которые регистрировались с 1918 года.

Наблюдения показали, что вакцина защищала животных в тех случаях, когда версии неизменной части гемагглютинина в паре "патоген – вакцина" совпадали. Так, препарат с эпитопами штаммов вируса, распространившегося в 2006 и 1977 году, защитил мышей от версии гриппа, гулявшего по миру в 1934 году.

Эти результаты можно использовать для создания нового типа универсальной и максимально эффективной вакцины, которая сможет обеспечить пожизненную защиту от гриппа, полагают авторы работы.

Они также отмечают, что тот же подход можно применить в разработке препаратов против других вирусов, к примеру, ВИЧ и вируса гепатита C, а также "простудных" патогенов.

Отмечается, что новая методика позволит системам здравоохранения сэкономить немало средств: больше не потребуется производить множество новых препаратов и проводить вакцинацию населения ежегодно.

Научная статья по итогам этого исследования была опубликована в журнале Nature Microbiology.

Добавим, что ранее учёные обнаружили ген, определяющий чувствительность человека к гриппу. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о новом тесте, который покажет, поможет ли пациенту вакцина от гриппа.