Новости

29 Июня, 2020 17:55

Нелетучая мышь поможет в поиске вакцин от коронавируса

Источник: Коммерсант
Вирус SARS-CoV-2 приводит к развитию атипичной пневмонии COVID-19 у 20% заразившихся. Болезнь протекает тяжело, а создание лекарств от нее и вакцин против вируса сдерживает отсутствие удобных модельных лабораторных животных, на которых лекарства и вакцины должны пройти доклинические испытания. Такие живые модели — гуманизированные лабораторные мыши — сейчас создаются в Институте биологии гена РАН, и на них начнутся доклинические испытания препаратов и кандидатных вакцин против вируса SARS-CoV-2.
Принцип создания новой модели чувствительности к SARS-CoV-2: LoxP — стоп-кассета, препятствующая экспрессии генов человека, встроенных в геном мыши; Cre — активатор, удаляющий стоп-кассету из генома гуманизированных мышей
Пути, используемые SARS-CoV-2 для проникновения в клетки-мишени SARS-CoV-2: 1) связывание с клеточным рецептором ACE2 может привести к поглощению вирионов в эндосомы, где вирус активируется белком Сathepsin L; 2) вирус может быть активирован TMPRSS2 на по
3 / 4
Принцип создания новой модели чувствительности к SARS-CoV-2: LoxP — стоп-кассета, препятствующая экспрессии генов человека, встроенных в геном мыши; Cre — активатор, удаляющий стоп-кассету из генома гуманизированных мышей
Пути, используемые SARS-CoV-2 для проникновения в клетки-мишени SARS-CoV-2: 1) связывание с клеточным рецептором ACE2 может привести к поглощению вирионов в эндосомы, где вирус активируется белком Сathepsin L; 2) вирус может быть активирован TMPRSS2 на по

Хорек не поможет

К сожалению, несмотря на индекс 2, наука и медицинское сообщество оказались совершенно не готовы к встрече с «новым коронавирусом». А ведь мир уже переживал эпидемии атипичной коронавирусной пневмонии SARS (2002–2003 годы) и MERS (2012 год — н. в.), и тогда тоже применялись карантинные меры, проводились научные исследования и говорили о разработке вакцин. Но, как показывает сегодняшняя ситуация, ни лекарств, ни вакцин от коронавирусов нет, нет и прототипов, которые прошли клинические испытания. Видимо, из-за незначительности прошлых вспышек (774 и 912 погибших) ни фармацевтическое, ни научное сообщество не проявило должного интереса к этой группе вирусов за срок, достаточный для разработки вакцин.

Сейчас совершенно ясно, что распространение вируса SARS-CoV-2 остановить невозможно, карантинные мероприятия уже нанесли урон мировой экономике, сопоставимый с войной среднего размаха, и, с большой вероятностью, нас ждет вторая волна эпидемии осенью и далее, похоже, ежегодно. Поэтому усилия сейчас направлены на разработку вакцин, которые являются единственным известным на сегодня средством от вирусных инфекций (что, правда, справедливо только в тех случаях, когда эффективную вакцину вообще удается создать).

Кардинально ускорить создание вакцин невозможно, как уже сказано, необходимы их доклинические и клинические испытания. Необходимо доказать безопасность перспективных препаратов, их эффективность и пролонгированный эффект вакцинации. Множество лабораторий и фармацевтических компаний заявили о разработке более чем 30 кандидатных вакцин от этого вируса. И во всех этих работах основное ограничение — это доказательство их эффективности до начала экспериментов на людях (клинических испытаниях). А для этого нужны широкомасштабные доклинические исследования на животных, чувствительных к заражению вирусом.

Пока такие работы проводятся на хорьках, но представить себе эксперимент на 1 тыс. таких животных в условиях максимального класса биологической защиты просто невозможно. Это означает или увеличение сроков исследования, или снижение достоверности результатов. Решением может стать разработка новой лабораторной мышиной модели заражения SARS-CoV-2 с учетом современного технологического уровня и понимания патогенеза вируса.

Обезьяны и норки тоже не помощники

Интересной особенностью этого типа вирусов является то, что долгое время их считали относительно безопасными, они вызывали не более чем насморк (ринит) у человека и были сезонной инфекцией. Потом выяснилось, что эти вирусы могут вызывать тяжелые заболевания у кошек, затем, когда вирус передался человеку от летучих мышей через пальмовых циветт и верблюдов, возникли вспышки атипичной пневмонии.

Но, несмотря на, казалось бы, широкое разнообразие «хозяев» вируса в природе, и новый, и старые коронавирусы оказались неопасны для лабораторных животных — мышей, крыс, кроликов. Даже сейчас, спустя 18 лет после знакомства с опасным для человека SARS-CoV, мы вынуждены проводить исследования на хорьках и обезьянах — животных, которые эффективно заражаются SARS-CoV-2. Их можно содержать в лабораториях, но хорьки и обезьяны не те лабораторные модели, на которых можно проводить массовые доклинические испытания.

Кроме них был и третий потенциальный кандидат. 26 апреля этого года министр сельского хозяйства Голландии направил в парламент уведомление о закрытии на карантин норковых ферм из-за того, что животные заразились вирусом SARS-CoV-2 от персонала. В письме говорится, что неизвестно, могут ли зараженные норки представлять опасность для человека, но такая возможность будет изучаться. Конечно, будет изучаться и уже изучается, но пока изучат, будет потеряно драгоценное сейчас время.

Попытки создать удобную во всех отношениях живую модель заражения этим вирусом в виде лабораторной мыши ранее успехом не увенчались. Такие мыши, полученные в 2007 году в США и Китае, или очень легко переносили заражение SARS-CoV (они практически не реагируют на SARS-CoV-2), или без всякого инкубационного периода скоротечно (за три-четыре дня) умирали от несвойственного SARS, MERS или COVID-19 воспаления мозга. Про этих мышей успешно забыли, и до последнего времени никаких терапевтических средств или вакцин с их помощью не разрабатывали.

Поможет гуманизированная мышь

В 2015 году было установлено, что для проникновения вируса SARS-CoV требуется не один, как считалось ранее, рецептор ACE-2, а взаимодействие двух трансмембранных белков — ACE-2 и TMPRSS2, более того, химический ингибитор белка TMPRSS2 предотвращал проникновение вируса SARS-CoV в клетки человека. В этом году, уже после начала пандемии, установлено, что SARS-CoV-2 поражает те клетки человека, где два эти белка присутствуют одновременно.

Таким образом, мы смогли сформулировать три требования к новой мышиной модели COVID-19, чувствительной к заражению SARS-CoV-2:

1. необходимо, чтобы на поверхности клеток экспрессировались два белка человека — ACE-2 и TMPRSS2, ответственных за проникновение вируса;

2. необходимо, чтобы белки ACE-2 и TMPRSS2 присутствовали только на тех клетках, на которых они встречаются у человека;

3. необходимо, чтобы модель была безопасна при содержании и размножении и вне рамок лабораторий, имеющих право работать с вирусами человека.

В Институте биологии гена РАН при поддержке Российского научного фонда успешно разрабатываются различные мышиные модели заболеваний человека. Мы уже получили мышей—моделей бокового амиотрофического склероза, дистрофии Дюшенна, синдрома Леши—Нихена, эпилептической энцефалопатии и митохондриального истощения. Основываясь на предыдущем опыте, мы в начале мая в работе, опубликованной в журнале Research Results in Pharmacology, предложили создать мышей, экспрессирующих гены ACE-2 и TMPRSS2, путем встраивания их кДНК в область мышиного генома после собственного промотора TMPRSS2 мыши.

Особенностью такой конструкции будет наличие между промотором и кодирующей областью терминатора транскрипции, фланкированного LoP-сайтами узнавания рекомбиназой. До момента активации такие мыши будут содержать в геноме гены человека, но экспрессироваться они не будут. Активацию можно провести путем скрещивания с мышами, несущими в своем геноме Cre-рекомбиназу. Cre-рекомбиназа удалит из генома участок между LoxP-сайтами, пропадет терминатор, начнется экспрессия генов, и мыши станут чувствительными к заражению вирусом SARS-CoV-2. Более того, существуют линии мышей, которое экспрессируют Cre-рекомбиназу только в определенных органах и тканях, используя их, можно будет изучать влияние вируса на отдельные системы организма животных.

Мы надеемся, что первые генетически модифицированные мыши, чувствительные к заражению SARS-CoV-2, будут получены в июне. После этого предстоит еще работа по характеристике мышей, активации экспрессии генов человека, формированию экспериментальных групп и собственно исследованию на них вакцин и перспективных лекарственных препаратов. Мы надеемся, что эти мыши станут востребованным инструментом биофармацевтики.

Алексей Дейкин, кандидат биологических наук, Институт биологии гена РАН

13 Июля, 2020
Ученые Университета ИТМО разработали способ создания элементов плазмоники
Благодаря сложной математической модели, которая корректируется в реальном времени, ученые могут упр...
13 Июля, 2020
Предложен способ получения нанопористого кремния, не требующий использования плавиковой кислоты
Пористый кремний – это чрезвычайно интересный и перспективный материал. Его способность флуорес...