Кто создал вакцину против сибирской язвы для

Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной вирусологии и микробиологии Россельхозакадемии

Ключевые слова

антракс, вакцина, иммуногенность, реактогенность, anthrax, vaccine, immunogenicity, reactogenecity

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматривается история создания и перспективы развития средств вакцинопрофилактики сибирской язвы. Освещаются основные аспекты совершенствования вакцинных препаратов и сложности, связанные с использованием на практике существующих и находящихся в разработке вакцин против сибирской язвы. Оцениваются перспективы создания новых вакцин.

Текст научной статьи

Сибирская язва — особо опасная инфекционная болезнь животных, относящаяся к сапрозоонозам. Возбудитель данного заболевания — Bacillus anthracis, также поражает и человека. Из-за высокой устойчивости спор сибирской язвы к воздействию физико-химических факторов внешней среды, их способности длительно сохраняться в почве, а также при определенных условиях переходить в вегетативную форму, размножаться и впоследствии накапливаться в почве без потери вирулентности, полная победа над данной инфекцией представляется задачей чрезвычайно сложной. Об этом свидетельствуют регулярно возникающие, даже в условиях поголовной вакцинации скота и вакцинации работников отдельных сфер труда, вспышки и спорадические случаи заболевания сибирской язвой животных и людей на территории Российской Федерации [3; 21]. Несмотря на то, что история целенаправленной «войны» с возбудителем сибирской язвы насчитывает уже более полутора столетий, считать её завершенной пока рано. Описания сибирской язвы встречаются еще в древнегреческой литературе, где она упоминается под различными названиями: «священный огонь», «персидский огонь», «антракеза». Сходство пораженного язвой участка тела с углем определило первое название заболевания — антракс. Второе название инфекция приобрела в период массовых вспышек в России, преимущественно в Сибири и на Дальнем Востоке, когда её подробно описал (и в опыте самозаражения доказал возможность передачи от животного к человеку) русский врач Андреевский [2; 12]. Роберт Кох в 1876 году первым выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, что дало очевидное преимущество в изучении данного возбудителя. В 1881 году Луи Пастер, в ходе наблюдений и экспериментов установивший, что B. anthracis утрачивает способность продуцировать споры при температуре 42-43°С, создал первую в мире противосибиреязвенную вакцину путем аттенуации (ослабления) изначально вирулентного штамма. Культивирование проводилось при повышенной температуре, с ежедневным определением её вирулентности в опытах на лабораторных животных. В ходе эксперимента были получены две культуры различной степени ослабления, получившие название I и II вакцины Пастера. Опыт, поставленный на ферме Pouilly-le-Fort в мае 1881 года, показал высокую эффективность вакцины: ни одно из вакцинированных животных не погибло после заражения вирулентным штаммом, в то время как в контрольной группе погибли или тяжело переболели все [28]. Несмотря на то, что вакцины Пастера использовались во всем мире, они обладали существенными недостатками. Штаммы сохраняли один из основных факторов патогенности — капсулообразование, за счет чего некоторые серии вакцины обладали повышенной вирулентностью. Отмечались случаи заболевания животных от введенной вакцины [33]. В связи с этим различными исследователями были предприняты попытки дальнейшей аттенуации возбудителя и получения новых, более эффективных и менее опасных вакцин. Это привело к получению I и II вакцин Ценковского в 1883 году, вакцины Ланге в 1891, которые долгое время применялись на территории Российской империи и, впоследствии, СССР. Для них была характерна сниженная, в сравнении с вакцинами Пастера, реактогенность [14]. Использование в качестве основы при изготовлении вакцин капсульных штаммов сибиреязвенного микроба неизбежно приводило к высокому проценту поствакциональных осложнений в сериях вакцин с повышенной экспрессией этого признака и создавало риск заболевания специалистов, проводивших специфические профилактические мероприятия [8; 10]. Но, несмотря на все недостатки, иммунизация животных вакцинами приводила к существенному снижению заболеваемости скота и людей, в связи с чем развитие вакцинопрофилактики сибирской язвы на продолжительное время было сконцентрировано на усовершенствовании методов проведения вакцинации. Так, для вакцин Ценковского не раз изменялась рецептура вводимого препарата, кратность и сезоны ее применения.В Северной Америке, где вакцины на основе штаммов Пастера использовались на протяжении более полувека, они также были неоднократно модифицированы аналогичным образом: споры заключались в глицерин, что повышало иммуногенность вакцины и позволяло снизить число доз с двух до одной. С целью предотвращения развития инфекционного процесса, за счет развития реакции в месте введения вакцины, в ее состав стали добавлять сапонин в различных концентрациях (от 1 до 10%). Кроме того, были продолжены работы по дальнейшей аттенуации штамма, что привело к существенному снижению вирулентности для кроликов, вплоть до ее полной потери [32]. О первых попытках создания вакцин для животных на основе новых штаммов сообщалось в 20-30-е гг. в Италии, где был создан иммунопрепарат«Carbozoo» на основе спор полностью вирулентного штамма сибирской язвы и 10% раствора сапонина. Некоторое время эта вакцина была популярной как в Европе, так и в Америке, но из-за высокой реактогенности вскоре вышла из употребления [35]. В совокупности, все вышеописанные мероприятия приводили к снижению риска осложнений и повышению иммуногенности вакцин, но не решали главной проблемы — остаточной вирулентности капсульных штаммов. Прогресса в этом направлении удалось добиться лишь к середине 30-х годов ХХ века, когда было убедительно доказано отсутствие связи между продукцией капсулы и иммуногенностью возбудителя. К тому времени были созданы среды, позволявшие с легкостью обнаруживать продукцию капсулы, и доказано, что авирулентные штаммы не вырабатывают капсулу на этой среде. В результате в 30-40-х годах появилосьсразу несколько живых вакцин на основе аттенуированных бескапсульных штаммов. Так, например, Stamatin разработал живую вакцину на основе бескапсульного мутанта 1190-R, которая с 1950 года и до настоящего времени используется в Румынии для поголовной вакцинации скота [30]. В1937 году Sterne в Южной Африке получил бескапсульный иммуногенный штамм 34F2 путем культивирования вирулентного штамма на 50%-ном сывороточном агаре в атмосфере углекислого газа. Из-за высокой иммуногенности и безвредности штамм быстро завоевал популярность и в настоящее время используется для производства живых вакцин во многих странах мира, несмотря на то, что сравнительно небольшие дозы его спор (свыше 103) летальны для белых мышей [16]. В 1939 году, было заявлено о получении аналогичного штамма в Великобритании, однако на поверку штамм Waybridge оказался одним из дериватов штамма Sterne [22]. В том же году в Японии был выделен авирулентный бескапсульный штамм Takahashi, малоизвестный за её пределами — как и индийский штамм Мактесвар. Эти штаммы не нашли широкого применения даже в тех странах, в которых они были получены. В настоящее время, как в Японии, так и в Индии иммунопрофилактика сибирской язвы проводится вакцинами на основе штамма Sterne 34F2. Наконец, в 1940 году, используя успешный опыт получения авирулентных штаммов в других странах, Н.Н. Гинсбург выделил бескапсульный мутант, названный СТИ-1, от культуры вирулентного штамма «Красная Нива». После того, как в опытах была доказана его безвредность и высокая иммуногенность для кроликов и овец, было запущено производство вакцины, состоящей из взвеси спор в 30%-ном растворе глицерина [4]. Вакцины на основе СТИ-1 более 40 лет использовались для иммунизации человека и животных на территории СССР, однако с 1972 года в культурах штамма стали наблюдатьпроцессы диссоциации и снижение иммуногенности. В 80-х годах прошлого века положение ухудшилось, что привело к практике двукратного введения вакцины СТИ [6;17]. Для специфической профилактики сибирской язвы на территории СССР помимо штамма СТИ-1 был также получен бескапсульный штамм Шуя-15 (Колесов С.Г., 1946-1949 г.г.), выделенный от трупа свиньи. На основе этого штамма разработана вакцина ГНКИ, содержавшая в своем составе помимо глицерина и адъювант — гидроокись алюминия. Введение в состав иммунопрепарата адъюванта позволило повысить эффективность вакцины в сравнении с приготовленной только на глицерине [18]. И все же данная вакцина широкого применения не нашла, в том числе и по причине того, что при более высокой иммунизирующей дозе (по сравнению с вакциной СТИ-1) формировался более слабый иммунный ответ [20]. Изменение свойств штамма СТИ-1 и низкая иммуногенность вакцин на основе штаммов СТИ-1 и Шуя-15 обусловили необходимость создания новой, более эффективной вакцины против сибирской язвы. В 1983-1986 гг. во ВНИИВВиМ была создана и апробирована вакцина на основе штамма №55, выделенного из трупа свиньи, и представляющего собой природно ослабленный бескапсульный штамм. Штамм не обладал реверсибельностью при прямых пассажах на чувствительных животных, был однороден и обладал сниженной, в сравнении со СТИ-1, реактогенностью [5]. Вакцины на его основе и в настоящее время используются для поголовной вакцинации животных на всей территории Российской Федерации и ряда стран СНГ. Использование при разработке противосибиреязвенных вакцин бескапсульных вариантов B. anthracis позволило защитить как конечного потребителя, так и производителя вакцин от риска заражения сибирской язвой, а также привело к значительному снижению числа осложнений среди привитых животных. Значительная часть поствакцинальных осложнений стала приходиться на активизацию бессимптомных инфекций [1]. Сочетание низкой цены, высокой эффективности и слабой реактогенности в целом удовлетворяло нуждам сельского хозяйства, поэтому в большинстве стран для вакцинации животных ныне используются живые споровые вакцины на основе бескапсульных штаммов сибирской язвы, полученных еще в первой половине ХХ века. Предпринимаемые исследователями попытки заменить живые вакцины химическими не увенчались успехом. Возможность их создания представилась после открытия структуры сибиреязвенного токсина и главенствующей роли одного из его компонентов, протективного антигена (ПА), при выработке иммунитета [23; 29; 37; 34]. Однако последующие эксперименты позволили установить негативные стороны подобных вакцин: низкая напряженность индуцируемого вакциной иммунитета, многократное введение антигена, развитие аллергических реакций. Так, например, для того чтобы добиться защитного эффекта на срок от 2 до 4-х лет от применения вакцины AVA, представляющей собой очищенный белковый компонент культуральной жидкости штамма V770-NP1-R и используемой в США для вакцинации взрослого населения, необходимо провести не менее 5-ти иммунизаций на протяжении 18 месяцев [38]. Все это, а также высокая стоимость производства сделали непригодными применение этих вакцин в сельском хозяйстве. В последние десятилетия с учетом накопленных знаний о биологии возбудителя и развития научно-технического прогресса разработку иммунопрепаратов против сибирской язвы ведут в следующих направлениях: 1. Создание рекомбинантных вакцин на основе близкородственных сапрофитов, различных про- и эукариотических векторов и генно-модифицированных растений [13; 19]. Вакцины на основе близкородственных сапрофитов разрабатываются еще с середины 80-х годов прошлого века, однако успехи на этом поприще сомнительны ввиду более низкой продукции антигена (в сравнении с живыми вакцинами) и примесей белков самого сапрофита, не способствующих выработке иммунитета к сибирской язве [24; 35; 36]. Оригинальный опыт использования для разработки рекомбинантных вакцин генно-модифицированных растений был продемонстрирован на табаке, в геном хлоропластов которого был встроен ген, отвечающий за продукцию ПА. Инъекция полученного и очищенного ПА из этих растений защитила всех мышей от заражения летальной дозой токсина [26]. Данное направление представляет особый интерес в области разработки пероральных вакцин, однако все разработки в данный момент являются сугубо академическими в силу высокой нестабильности получаемых продуктов; 2. Выделение клонов вакцинных штаммов, обладающих специфическими свойствами. На фоне широко применения антимикробных препаратов в животноводстве, а также при лечении сибирской язвы возникает необходимость создания вакцин, способных индуцировать выработку напряженного иммунитета на фоне проводимой антибиотикотерапии. С этой целью в Ставропольском НИПЧИ были получены несколько штаммов-мутантов (СТИ-ПР-3, СТИ-ПР-4, СТИ-АР и др.), устойчивых к различным антимикробным препаратам [7]. Для решения проблем остаточной вирулентности и реактогенности штаммов исследователи планируют использовать подходы, основанные на отборе мутантов, продуцирующих исключительно один из компонентов сибиреязвенного токсина, либо неспособных активировать ПА для его соединения с летальным или отечным фактором [11; 25 ;27; 31]. Подобные разработки, в первую очередь, направлены на создание безопасной для человека живой вакцины, но потенциально могут быть задействованы и для нужд сельского хозяйства. 3. Поиск новых авирулентных штаммов, перспективных в качестве вакцинных. О продолжающейся эволюции возбудителя сибирской язвы и несовершенстве применяемых на территории РФ вакцин на основе штамма 55-ВНИИВВиМ свидетельствует вовлечение в эпизоотический процесс вакцинированных животных [9; 15]. Это, в свою очередь делает актуальными работы по поиску новых штаммов на основе авирулентных бескапсульных вариантов сибиреязвенного микроба. Открытие дополнительных белков-иммуногенов, не входящих в состав токсина, но увеличивающих продукцию антител к нему, позволяет сосредоточить поиск на штаммах, обладающих усиленной продукцией данных компонентов. Таким образом, очевидно, что, несмотря на многолетнюю историю развития вакцинопрофилактики сибирской язвы, полное ее искоренение в настоящее время недостижимо, как вследствие наличия на территории РФ большого количества почвенных очагов, так и выявленного иммунологического несоответствия некоторых полевых изолятов применяемым вакцинным штаммам. Новые знания о биологии возбудителя и достижения научно-технического прогресса открывают возможности для создания более совершенных средств иммунопрофилактики сибирской язвы.