Иммунный ответ возникает на попадание в организм любых инородных органических веществ (антигены), будь то вирусы, бактерии, чужеродные ткани, в том числе пища. Средства иммунного ответа (антитела, лейкоциты и другие клетки) есть во всех частях тела. Но это в идеале. При дефектах генной информации организма иммунный ответ может быть извращённый (аллергия, аутоиммунные реакции), неполный, или полностью отсутствовать (пример – хьюстонский мальчик). Человеку с идеальным набором генетической информации не страшна никакая инфекция, но вряд ли такие люди есть. Впрочем, вполне достаточно обладать удовлетворительным набором генетической информации, тогда большинство инородных антигенов легко разрушаются в организме, а некоторые всё же вызывают инфекционный процесс, который переносится в лёгкой форме. Для многих людей какая-то инфекция может оказаться летальной в любом возрасте, но если они с ней не встретятся, то проживут долгую жизнь. Для борьбы именно с такими инфекциями применяется вакцинация. Нечто подобное возбудителю такой инфекции, но менее опасное для большинства людей, вакцина, вводится значительной части населения: большинство при этом получает иммунитет, люди же с неполноценной иммунной системой такого иммунитета не получают, но и не умирают. Защита населения получается потому, что инфекционный агент, натыкаясь со всех сторон на людей которые не могут им заразится, не находит то небольшое количество людей которые чувствительны к нему. Это и называется коллективным или популяционным иммунитетом.
Особую фантазию проявили создатели вакцин Pfizer и Moderna, которые для производства вируса этих вакцин применили не биологическое их размножение, а биопринтер!
Только вряд ли теория о возможности репликации искусственного вируса в организме людей осуществится! Организм людей с сильным иммунитетом просто уничтожит этот искусственный вирус, как и любой другой, а его репликация в организмах людей со слабым иммунитетом, никак не сможет вызвать у них, заведомо неспособных на хороший иммунный ответ, такой ответ. Поэтому такие люди тяжело болеют уже болезнью искусственного вируса Pfizer или Moderna, и умирают именно от него.
Вот описание работ по созданию и применению искусственных вирусов Pfizer и Moderna.
******
В вакцинах Pfizer и Moderna самое удивительное то, как они были спроектированы. В отличие от большинства вакцин, которые основаны либо на ослабленных, либо на убитых вирусах или бактериях, они используют сам генетический материал вируса мРНК. Вирус для создания большего количества вирусов, использует аппарат хозяина для создания своих белков.
Спайковый белок коронавируса – это его самая опасная часть; без него вирус безвреден. Если заставить нашу иммунную систему распознавать спайковый белок и него заблокировать, то организм будет уничтожать вирусы, прежде чем они начнут размножаться в наших клетках. И это то, что должны делать вакцины Pfizer и Moderna. Но, в отличие от других вакцин, эти вакцины состоит не из самого спайкового белка, а из искусственно синтезированных инструкций по его изготовлению. Эти инструкции, закодированные в искусственную мРНК, упакованную в липидные наночастицы. (То есть это фактически искусственно созданный вирус, несущий инструкцию по созданию спайкового белка, но без других белков коронавируса.) Этот искусственный вирус вводится людям. МРНК, этого искусственного вируса заявлена как конструкция способная обойти многочисленные защитные механизмы нашего организма. против чужеродного генетического материала.
Этот искусственный вирус должен проникать в наши клетки и дать команду нашему организму сделать много копий белка Спайка. Поскольку эти копии не прикреплены к вирусу, они не опасны, но они подготавливают иммунную систему уничтожать любые последующие вирусы, имеющие спайковые белки на поверхности.
Таким образом, вакцина использует наши собственные тела несколькими способами: чтобы сделать копии только спайкового белка, а затем спровоцировать нашу иммунную систему на их распознавание, которое организм “запоминает”, храня инструкции по изготовлению антител против реальных вирусных спайковых белков.
Хьюберт не вдается в подробности упаковки сконструированной мРНК в липидные наночастицы, что само по себе является сказкой, поэтому есть еще много чего узнать. В конце я свяжусь с историей о том, как быстро была сделана эта вакцина—менее недели, чтобы секвенировать РНК вируса, включая спайковый белок, и затем используйте эту последовательность для разработки вакцины на основе спайкового белка. Здесь я постараюсь еще больше сжать рассказ Хьюберта.
Еще до того, как Китай признал, что вирусная инфекция опасна и распространяется, профессор из Шанхая Юн Чжэнь Чжан уже секвенировал ее РНК (генетический материал этого вируса-РНК, а не ДНК), а затем разместил последовательность на общедоступном веб-сайте (опасная вещь в Китае). Весь вирусный геном имеет длину около 29 000 оснований (четыре “основания”, G, A, C и U, являются компонентами РНК) и содержит 6-10 белков, включая спайковый белок.
Всего через два дня после публикации этой последовательности исследователи уже знали, какой бит кодирует спайковый белок (это было известно из предыдущих работ по коронавирусам), а затем, изменив эту последовательность, разработали мРНК, которая могла бы послужить основой вакцины. После того как вы создали последовательность, в наши дни превратить ее в настоящую РНК-детская забава.
Конечная мРНК, используемая в вакцине Pfizer, имеет длину 4282 основания (если вы помните свою биологию, каждые три основания кодируют одну аминокислоту, а цепочка аминокислот известна как белок). Но мРНК вакцины делает гораздо больше, чем просто кодирует белок. Вот первые 500 оснований мРНК Pfizer, приведенные Бертом Хьюбертом, а ниже вы увидите диаграмму всей мРНК, используемой в вакцине:
Если вы помните свою генетику, эта последовательность выглядит странно, поскольку последовательности мРНК обычно содержат основания A, G, C и U (uracil). А где же США? В этой вакцине США были изменены на несколько иную основу, обозначенную Ψ (psi), что означает 1-метил-3′-псевдоуридилил. Я объясню причину, по которой они это сделали, через секунду.
Но то, что вы видите выше, составляет менее одной восьмой всей мРНК, используемой в вакцине. Я не буду приводить всю последовательность, так как здесь это не важно, но структура мРНК есть. Помните, что это было спроектировано людьми, использующими предыдущие знания и свой мозг, а затем вводящими последовательность в “ДНК-принтер”, который может изготовить ДНК, которая сама может быть превращена в вирусоподобную РНК. Разве это не круто? Вот фотография ДНК-принтера Codex DNA BioXp3200, используемого для изготовления ДНК, соответствующей РНК вакцины (фото с сайта Хьюберта):
И вот суть этого сообщения: структура 4282-нуклеотидной цепочки РНК, которая является гайками и болтами вакцины (также от Хьюберта):
Вы же видите, как это сложно. В самом сердце этого это “S protein__mut”, который является инженерным кодом для белка spike. Но все это другое вещество необходимо, чтобы получить этот бит в клетку, не разрушая его телом, заставить его начать делать много спайкового белка, чтобы действовать в качестве стимула (антигена) для нашей иммунной системы, и получить спайковый белок, сделанный быстро и обильно. Чем больше безобидного спайкового белка мы можем получить в нашем организме, тем больше последующий иммунный ответ, когда вирус атакует. Каждый бит мРНК, показанный на диаграмме выше, был спроектирован для оптимизации вакцины. Я возьму его понемногу:
Cap: подчеркнутая на диаграмме выше, это двухнуклеотидная последовательность (GA), которая сообщает клетке, что мРНК происходит из ядра, где она обычно производится как транскрипт из нашей ДНК. Эти основания защищают сконструированную РНК от нападения и разрушения нашим организмом, поскольку это делает ее похожей на “нормальную” РНК.
Пять простых (5′) непереведенных областей (“5′-UTR”) на диаграмме. Этот 51-базовый бит не превращается в спайковый белок, но необходим для того, чтобы помочь мРНК прикрепиться к маленьким телам, называемым рибосомами, где она превращается в белки—трехосновный “кодон” с помощью трехосновного “кодона”-с помощью более мелких молекул РНК, называемых “трансферными РНК” (тРНК). Без 5′ – UTR белок не будет создан. Помимо того, что он помогает доставить сконструированную мРНК к рибосомам, эта область была дополнительно сконструирована. Во-первых, США были сконструированы в Ψs, который удерживает иммунную систему от нападения на мРНК, не нарушая ее способность прикрепляться к рибосомам и производить белок. И эта последовательность была дополнительно изменена, чтобы дать ему информацию для производства большого количества белка. Для этого дизайнеры использовали последовательность из UTR нашего гена Альфа-глобина, поскольку эта область производит много белка. (Альфа-Глобин – это половина наших молекул гемоглобина, один из самых обильных и быстро образующихся белков в организме.)
S сигнальный пептид гликопротеина (“sig”) на диаграмме. Это 48-базовый бит, который делает стать частью белка, имеет решающее значение в том, чтобы сказать клетке, куда отправить белок после того, как он сделан. В этом случае он говорит ему покинуть клетку через “эндоплазматический ретикулум”, сеть небольших канальцев, которые пронизывают клетку. Даже этот короткий фрагмент был разработан разработчиками вакцины, которые изменили 13 из 48 баз. Зачем они это сделали? Ну, они изменили основания, которые не имеют значения в последовательности белка (обычно это основания в третьей позиции, природа которых не важна в последовательности белка). Но эти базы действительно влияют на скорость в котором производится белок. Хьюберт не объясняет, почему это происходит, но я подозреваю, что инженерные изменения были разработаны так, чтобы соответствовать более распространенным молекулам переноса-РНК (тРНК), которые представляют собой небольшие кусочки РНК, которые прикрепляются к аминокислотам в цитоплазме, а затем переносят их в мРНК для сборки в белки. В то время как существует 64 последовательности трех оснований (43), существует только 20 аминокислот, которые обычно входят в состав белков. Это означает, что некоторые тРНК кодируют одни и те же аминокислоты. Поскольку эти “избыточные” тРНК не присутствуют в клетке в равных количествах, вы можете сделать белки быстрее, если вы создадите последовательность мРНК, которая соответствует наиболее распространенным тРНК. Я предполагаю, что это то, о чем были эти 13 изменений.
Спайковый белок (“S protein__mut”) на диаграмме. Это сердце мРНК, содержащей 3777 оснований, которые кодируют спайковый белок. В этом коде они также “оптимизировали “его, изменив” избыточные” основания, чтобы позволить белку быть сделанным быстрее. Теперь они исчезли, так как они не нужны, чтобы избежать защиты тела. Но есть один момент, который озадачил меня, пока я не прочитал объяснение Хьюберта. Спайковый белок, вырабатываемый организмом после вакцинации, отличается от вирусного спайкового белка всего двумя из 1259 аминокислот. Сконструированная последовательность заменяет аминокислоты в вирусных спайках двумя аминокислотами—обеими пролинами. Почему? Потому что из предыдущих работ было известно, что эти пролины стабилизируют спайковый белок, не давая ему сворачиваться. Таким образом, он сохраняет ту же форму, что и у нативного вируса. Свернутый спайковый белок может индуцировать антитела, но они не будут охотиться за собственными спайковыми белками вируса, потому что их форма отличается. Это лишь один из многих фрагментов предшествующих знаний, которые повлияли на разработку вакцины.
3 ‘ непереведенная область (“3’-UTR”) на диаграмме: у мРНК есть эти, но мы не совсем уверены, что они делают, за исключением того, что, как говорит Хьюберт, область ” очень успешна в продвижении экспрессии белка.” Как это происходит, пока неясно. Этот бит тоже был разработан разработчиками вакцины, чтобы сделать мРНК более стабильной и повысить экспрессию белка.
Хвост poly-A (“poly[A]” на диаграмме). Это 140-базовый Конец сообщения. Все мРНК, превращенные в белки, содержат повтор аденинового основания на торцевом (3′) конце, так что мы получаем последовательность ААААААААААААААААААААААААААААА Оказывается, эти а расходуются, когда молекула мРНК снова и снова производит белок (они подобны теломерам, которые становятся короче с возрастом!). Когда все Ас исчезают, мРНК становится бесполезной и падает с рибосом. Опять же, предыдущие знания говорили дизайнерам, сколько как поставить в конце последовательности. Было известно, что около 120 As давали наилучший результат с точки зрения производства белка; дизайнеры использовали 100 As, разделенные с помощью 10-базовой “линкерной” последовательности. Хьюберт не объясняет линкер, и я не знаю, почему он там.
Тем не менее, вы можете видеть сложность этой вакцины, дизайн которой основывается на точном знании последовательности белка Спайка (недавние мутации в последовательности, по-видимому, не влияют на эффективность вакцины, поскольку они, вероятно, не влияют на форму Спайка), а также на предыдущих исследованиях таких вещей, как Ψ-основания, помогающие избежать разрушения мРНК, оптимальные последовательности для высокой выработки белка, количество As в конце, которые наиболее эффективны, а затем эти две замены пролина в белке Спайка вакцины. Все это великолепно, сочетание нового и старого, а также свидетельство ценности чистого исследования, которое иногда бывает очень кстати.
Эти предварительные знания в сочетании с быстрым секвенированием РНК и разработкой машин для превращения кода в РНК помогают объяснить, почему вакцина была разработана так быстро. Конечно, ее тоже нужно было протестировать и распространить, и эта статья Guardian рассказывает вам о десяти дополнительных причинах, по которым потребовалось всего десять месяцев, чтобы перейти от начала пандемии к пригодной для использования вакцине.
По Джерри Койну.