Прививки на любой случай: как разрабатывают вакцины и что они делают с нашим организмом

Вакцины давно воспеваются как одно из величайших достижений в медицине для защиты от вирусных или бактериальных инфекций.

К примеру, корь и оспа – вирусы; Streptococcus pneumoniae – бактерия, вызывающая ряд заболеваний, включая пневмонию, ушную и синусную инфекции и менингит. Благодаря вакцинам удалось предотвратить миллионы случаев заболевания и смертей. Они помогли уничтожить оспу и значительно снизить уровень заболеваемости полиомиелитом и корью. Однако далеко не все понимают, как именно делаются вакцины, и почему в процессе их изготовления применяются компоненты со страшными названиями.

Компания «Профпереклад» подготовила перевод материала.

Производство вакцин значительно шагнуло вперед с момента их появления, когда прививки были далеко не так безопасны. Прививание толчеными оспенными струпьями обычно приводило к слабому инфицированию (вариоляции) и защищало привитых от «обычного» инфицирования воздушным путем.

Однако человек все равно мог заразиться и серьезно заболеть. Когда Эдвард Дженнер представил первую настоящую вакцинацию коровьей оспой, защита от оспы стала куда надежнее.

Помимо эффективности были и другие проблемы: в материал, из которого делалась такая вакцина, могли попасть и другие микробы. Иногда они передавались от одного привитого человека к другому, что приводило к непреднамеренному распространению патогенов в крови. За последние 200 лет производство вакцин, несомненно, улучшилось.

Существует множество различных видов вакцин. Изготовление каждого из них содержит большое количество процессов, прежде чем вакцина попадет из лаборатории в кабинет вашего терапевта. Однако их главная функция заключается в выработке одного или нескольких антигенов – той части микроба, которая провоцирует иммунный ответ хозяина.

Живые (аттенуированные) и убитые (инактивированные) вакцины

Антигены вырабатываются несколькими способами. Чаще всего используется техника выращивания вируса в клеточной культуре. Живые клетки обычно выращиваются в биореакторах. Им прививается вирус, после чего их помещают в жидкую питательную среду для роста, содержащую белки, аминокислоты, углеводы и витамины – все, что поможет вирусу вырасти и воспроизвести тысячи своих копий в каждой зараженной клетке.

На этом этапе вирус также получает собственную дозу защитных препаратов – антибиотиков вроде неомицина или полимиксина В. Благодаря им бактерии и грибы, которые могут убить клетки с вирусом, не могут стать его носителем.

Едва жизненный цикл вируса в клетке-хозяине завершится, его отделяют от хозяев и извлекают из питательной среды. Это делается при помощи нескольких видов фильтров; мелкий размер вирусов позволяет им проникать сквозь отверстия фильтра, которые задерживают более крупные клетки хозяев и клеточный «мусор».

Так создаются живые аттенуированные вакцины. Они содержат модифицированные вирусы, которые уже не являются вредными для человека. Некоторые выращиваются в клетках несколькими поколениями, но при этом используются не человеческие клетки, а, к примеру, куриные.

Вирусы мутируют в достаточной степени, чтобы не наносить вред человеку. Некоторые, например, назальный возбудитель гриппа, выращиваются при низкой температуре, пока не теряют свойство репликации при более высокой температуре в легких.

Вас наверняка прививали многими подобными вакцинами в детстве – от кори, свинки, краснухи и ветрянки.

Живые, аттенуированные, вакцины на краткое время реплицируются в теле, провоцируя мощную и длительную реакцию вашей иммунной системы. Ее клетки расценивают вирус в вакцине как серьезную угрозу и начинают работать активнее. Поэтому для защиты от этих болезней вам потребуется всего одна-две прививки.

В отличие от вредных форм вируса такие вакцины не смогут вызвать развитие болезни как таковой и передаваться другим людям не будут – для этого они слишком слабо реплицируются в организме. Исключение составляет живая вакцина от полиомиелита, которая могла заразить других людей и в редких случаях действительно вызывала полиомиелит (примерно один случай на три миллиона доз). По этой причине в США ввели запрет на прививку живым вирусом полиомиелита в 2000 году.

Ученые применяют ту же технику выращивания для «убитых», или инактивированных, вакцин, но добавляют дополнительный этап: смерть вируса. Инактивированные вирусы убиваются тепловой обработкой или химикатами (например, формальдегидом). Такое воздействие на белки и нуклеиновые кислоты вируса лишает его способности к репликации. К инактивированным вакцинам относятся гепатит А, инъекции полиовируса и прививки от гриппа.

Мертвый вирус не может воспроизводиться в вашем организме. Это означает, что реакция иммунной системы на инактивированные вакцины будет не настолько мощной, как на живые вакцины. Когда в организме начинает реплицироваться живой вирус, активируется множество видов иммунных клеток, реагируя на потенциального захватчика.

На убитые вакцины реагирует только одна часть иммунной системы (бета-клетки, вырабатывающие антитела). Поэтому для получения и сохранения иммунитета вам потребуется многократная вакцинация.

До 1960-х производились в основном живые, аттенуированные, вакцины. Однако из-за их потенциальной опасности и сложности производства мало кто отваживается разрабатывать новые живые вакцины в наше время.

Комбинированные, бактериальные и рекомбинантные вакцины

Вакцины также можно делать не из целых организмов, а из их частей. Как пример можно привести комбинированную вакцину, одновременно прививающую от дифтерии, коклюша и столбняка. Вариант такой вакцины для детей называется АКДС, а для взрослых – КДС. Она содержит токсины (белки, вызывающие заболевание), выделенные из возбудителей дифтерии, коклюша и столбняка и убитые химикатами.

Инактивированные токсины называются анатоксинами. Такой метод защищает хозяина (то есть вас) от развития клинической дифтерии и столбняка, даже если в ваше тело попадут возбудители. Некоторые вирусы содержат токсины (например, вирус эболы), но они не являются ключевыми антигенами и поэтому не применяются в современных вакцинах.

Как и при разработке живых или инактивированных вакцин, создателям бактериальных вакцин требуются бактерии для культивации. Но поскольку бактериям для роста не нужны клетки-хозяева, их можно производить в жидкой питательной среде. После этого токсины отделяют от бактерий, выводят из питательной среды и инактивируют для применения в вакцинах.

Аналогично некоторые вакцины содержат несколько антигенов бактериальных видов. В вакцинах от стрептококковой пневмонии, гемофильной палочки типа В и менингококковой инфекции в качестве антигенов используются сахариды, взятые мембраны бактерий.

Эти сахариды очищают, отделяют от бактерий и привязывают к другому белку для усиления реакции иммунной системы. Белок помогает задействовать T-лимфоциты наряду с бета-клетками и усиливает иммунный ответ.

И, наконец, мы можем создавать вакцины с помощью генной инженерии. Так создаются вакцины от вируса гепатита В, вызывающего серьезные заболевания и рак печени. Такая вакцина состоит из единственного антигена клеточной мембраны гепатита В (белка на внешней части клетки).

Ген-производитель этого антигена вводится в дрожжевые клетки, после чего их можно выращивать в питательной среде, как бактерии, и клеточной культуры они не требуют. Затем антиген клеточной мембраны гепатита В отделяют от дрожжевых клеток и используют как основной компонент вакцины.

Для чего нужны другие компоненты вакцин

Итак, у вас уже есть живые или убитые вирусы либо очищенные антигены. Иногда этого недостаточно, и нужно добавить химикаты для защиты вакцины или усиления ее функций. Чаще всего добавляют адъюванты, например, соли алюминия, которые усиливают иммунную реакцию на некоторые антигены.

С их помощью поддерживается более длительный контакт антигена с клетками иммунной системы. Соли алюминия используются в вакцинах от АКДС/КДС, менингита, пневмококка и гепатита В.

Чтобы вакцина была эффективна даже в экстремальных условиях (например, при высоких температурах), в нее могут добавлять стабилизаторы (например, сахариды или глутамат натрия). Также добавляются консерванты для предотвращения роста микроорганизмов в готовой продукции.

В качестве консерванта много лет использовался состав под названием тимеросал, который по весу на 50% состоит из этилртути. Этилртуть в организме долго не задерживается и выводится через кишечник – в отличие от метилртути, которая накапливается в рыбе и при высоких дозировках может очень сильно навредить человеку.

В 2001 году тимеросал перестали применять в вакцинах для детей из соображений безопасности, хотя множественные исследования подтверждали его безвредность.

Наконец вакцины разливают по емкостям для отправки по больницам, кабинетам терапевтов, департаментам здравоохранения и аптекам. Такие емкости могут быть рассчитаны на одну или несколько доз, но готовить и хранить их следует подальше от амбулаторных помещений. При разливе в большие емкости очень важны консерванты.

Бактерии и грибы не дремлют, а если неоднократно набирать из большого контейнера дозы, повышается вероятность загрязнения вакцины. Поэтому в контейнерах с вакцинами против гриппа до сих пор используется тимеросал.

Несмотря на кажущуюся опасность некоторых компонентов вакцин, большинство этих химикатов выводятся или нейтрализуются в процессе многоэтапной очистки, а оставшиеся необходимы, чтобы вакцина была эффективной. Не волнуйтесь, исследования подтверждают их абсолютную безопасность, да и их содержание в вакцинах невелико.