Коронавируc ускорил наш переход к третьей великой инновационной революции нового времени. 

Первая половина 20-го века характеризовалась революцией, вызванной физикой. В течение пяти десятилетий, последовавших за годом открытий Эйнштейна, его теории и теории коллег-физиков привели к созданию атомных бомб и ядерной энергии, полупроводников и транзисторов, космических кораблей и GPS, лазеров и радаров.

Вторая половина 20-го века была эрой информационных технологий, основанной на идее, что вся информация может быть закодирована двоичными цифрами и все логические процессы могут выполняться схемами с переключателями включения-выключения. В 1950-х годах это привело к развитию микрочипа, компьютера и интернета. Когда эти три нововведения были объединены, это привело к цифровой революции.

Теперь мы вступили в третью и даже более важную научную эру: революцию в науке о жизни, движимую биотехнологией. Она основывается на открытии гена и молекул (ДНК и РНК), которые содержат и реализуют его информацию. К началу этого столетия мы обладали способностью упорядочивать и сопоставлять наши гены и гены каждого организма.

COVID-19 впервые обратил серьёзное внимание мирового сообщества на вакцины, основанные на ДНК и РНК. А технологии генного редактирования используются в методах диагностики.

Кто делает вакцину?

31 января учёные из Шанхая опубликовали последовательность генов в общедоступной базе данных. Это облегчило работу учёных и ускорило создание множества формул для вакцин.

Более 40 биотехнологических компаний всего мира вступили в гонку за первенство в разработке вакцин. 90% этих компаний приостановили свои другие исследования, чтобы бросить все силы на борьбу с пандемией. У четырёх есть прототипы , которые они тестируют на животных. И только одна компания в марте провела первые клинические испытания на человеке.

Все традиционные вакцины работают одинаково: учёные создают нечто похожее на патоген, вводят его в человека, а в ответ иммунная система учится с ним бороться. Это могут быть ослабленные микроорганизмы или мёртвые бактерии. Все одобренные вакцины на рынке используют один из этих двух методов. Исследования вакцины до массового выхода на рынок обычно длятся 10-15 лет.

Но со вспышкой COVID-19 дебютируют новые методы изобретения вакцин. Это вакцины на основе генетического материала вируса, а точнее, нуклеотидов. Нуклеотиды — это химические строительные блоки ДНК. Впервые в истории такая вакцина была создана за рекордные 63 дня компанией Moderna. 

Согласно новому подходу, кусочки мессенджерной РНК, которые содержат химический шаблон спайкового белка из вируса SARS-CoV-2, вводятся человеку. Организм вырабатывает иммунный ответ на этот вирусный белок, как и в традиционных вакцинах. Преимущество мРНК-вакцин заключается в том, что они быстрее разрабатываются и производятся, поскольку обходят потребность в клеточных производственных системах, оптимизация которых может занять более года.

Основатель бостонского стартапа Moderna Стэфан Бансель, пожалуй, единственный человек в мире, кому удалось стать миллиардером в такое тяжёлое время. Дело в том, что его стартап быстрее всех разработал вакцину на основе РНК, которая кодирует стабилизированную форму спайкового белка SARS-CoV-2. Первую фазу клинических испытаний на человеке они провели уже в марте. В апреле начнётся вторая фаза. 

Ни одна из других компаний ещё не приступила к испытаниям на людях, но говорить о готовности вакцины Moderna ещё рано. Генеральный директор Moderna прогнозирует, что вакцина выйдет на рынок через 12-18 месяцев и не исключает возможность экстренного выхода осенью 2020 года. 

Над вакцинами нового типа с применением генетического материала вируса работают десятки стартапов по миру. Например, CureVac также как и Moderna использует искусственные мРНК для стимулирования производства коронавирусных белков. Тестирование на людях они начнут только через несколько месяцев.  Другой пример — американский стартап Invovio, который использует ДНК вместо РНК для изготовления лекарств. Первые клинические исследования на людях компания планирует начать в конце апреля.  

Одно особенно важное изобретение в этой новой революции — CRISPR — инструмент, который позволит нам редактировать гены.

Как и большинство изобретений, CRISPR был рождён из любопытства, вызванного фундаментальной наукой, в данном случае включающей самую продолжительную и самую жестокую войну на этой планете. В течение трёх миллиардов лет бактерии боролись с атаками вирусов, которые представляют собой фрагменты генетического материала, которые размножаются, захватывая клетки живых организмов. 

Системы CRISPR — это удивительный метод, который придумали бактерии, чтобы запоминать, распознавать и уничтожать генетический материал вражеских вирусов. Над методами диагностики с использованием CRISPR работают несколько стартапов, которые являются пионерами технологий генного редактирования. 

Компания Mammoth Biosciences совместно с  Калифорнийским университетом Сан-Франциско разработали тест для COVID-19 меньше, чем за две недели.  Соучредитель Дженнифер Дудна — одна из учёных, открывших технологию редактирования генов CRISPR в 2012 году. Компания опубликовала первоначальную исследовательскую работу в интернете, чтобы другие учёные могли опробовать или развить её методы.

Стартап, который поддерживает исполнительный директор компании Apple Тим Кук, не выпустил на рынок ни один продукт. Но главный исполнительный директор компании Тревор Мартин уверен, что технология справится с этой задачей.

Процесс редактирования ДНК до сих пор чаще всего использовался для лечения редких генетических заболеваний. Но этот процесс может быть использован и в диагностике, где CRISPR может быстрее и точнее определить диагноз и предотвратить «ложные срабатывания»: когда пациенты неправильно диагностируют заболевание, которого у них нет. 

Большинство традиционных тестов основаны на процессе, называемом полимеразной цепной реакцией в реальном времени, которая усиливает количество ДНК в образце и идентифицирует вирус с помощью флуоресцентного маркера. Тест компании использует CRISPR для поиска и выделения генетического материала вируса. Набор для тестирования может быть уменьшен до размера теста на беременность.

Компания утверждает, что разработанный тест занимает 30 минут против двух часов традиционного теста, используемого в США. К тому же новый тест не требует большого количества лабораторного оборудования. 

В Бостоне компания Sherlock Biosciences, соучредителем которой является другой пионер CRISPR Фэн Чжан, также разработала тест для COVID-19 с использованием этой технологии. Стартап из 20 человек сотрудничает с компанией молекулярной диагностики Cepheid, чтобы разработать тест, который сможет работать на оборудовании, представленном в большинстве лабораторий. 

Аналогичная методика изучается Darpa, исследовательским подразделением Министерства обороны США. Компания также работает над разработкой комплекта домашнего тестирования. 

Компании, которые работают над диагностикой, также как и компании, разрабатывающие вакцины сталкиваются с одинаковой проблемой: их инвестиции могут не окупиться после того, как пандемия утихнет. 

Но диагностическая отрасль одновременно сталкивается с другой проблемой: она недооценена.

Диагностика не имеет такого же объёма финансирования, как фармацевтические группы. В период с 2015 по 2019 год стартапы, разрабатывающие вакцины, привлекли в шесть раз больше частного финансирования, привлечённого диагностическими стартапами. В 2018 и 2019 годах этот показатель составлял восемь раз, по данным исследовательской фирмы CB Insights.

Когда будет готова вакцина?

Доктор Энтони Фаучи, ведущий эксперт США по инфекционным заболеваниям. 

Когда 16 марта людям была введена первая потенциальная вакцина от производителя Moderna, Энтони Фаучи, директор Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США, сказал, что коронавирусная вакцина разрабатывается рекордными темпами. Потребовалось 63 дня, чтобы перейти от идентификации генетической последовательности вируса к тестированию вакцины на людях. Но для массового выхода на рынок потребуется 12-18 месяцев.

Ни одна компания не хочет поспешно выпустить некачественный продукт, который может кого-то вылечить, а кому-то серьёзно навредить. До настоящего времени не было одобрено ни одной вакцины, изготовленной из генетического материала — РНК или ДНК. Таким образом, кандидаты на вакцину COVID-19 должны рассматриваться как совершенно новые вакцины.

Любая вакцина до выхода на рынок должна пройти три этапа клинических испытаний.

  • Первый проходит с участием нескольких десятков здоровых добровольцев, где вакцину тестирует на безопасность, отслеживая её побочные эффекты.
  • На втором этапе проверяют эффективность вакцины. Речь идёт о нескольких сотнях человек, как правило, в той части мира, которая поражена болезнью.
  • На третьем этапе вакцина проверяется на нескольких тысячах людей. 

Атипичная пневмония SARS исчезла всего через четыре месяца после того, как вызвала глобальную панику. Компании, которые начали разрабатывать вакцины против него, были вынуждены отказаться от своих испытаний, потому что просто не хватало пациентов.

Помимо временных и качественных рисков, существует риск нехватки финансирования для развертывания. Государственное финансирование и интерес фармацевтической промышленности, как правило, испаряются, как только исчезает ощущение чрезвычайной ситуации. Никто не хочет делать продукт, который не будет использоваться.

Есть ещё один фактор, который делает разработку вакцины против коронавируса особенно сложной задачей, говорит Питер Хотез, исследователь вакцин и декан Национальной школы тропической медицины в медицинском колледже Бейлора. Это называется «повышение иммунитета».

В 1960-х годах учёные из Национального института здравоохранения работали над вакциной против респираторно-синцитиального вируса или РСВ, распространённого, очень заразного вируса, ответственного за большинство простуд, которыми болеют младенцы и малыши. Во время клинических испытаний некоторые дети, получившие вакцину позже, стали ужасно болеть, когда они заразились РСВ в дикой природе. Вакцина вызывала преувеличенный иммунный ответ, вызывая обширные повреждения в их телах. Двое детей погибли.

Однако с учётом того, что респираторные вирусы навсегда останутся угрозой человечества, любой научный вклад во времена COVID-19 имеет значение для последующих вспышек. 

Что делают наши учёные?

В начале апреля Национальный центр биотехнологий Казахстана объявил о готовности массового развёртывания отечественного теста на коронавирус. 

Тест проводят традиционным методом полимеразной цепной реакции. Это метод диагностики многочисленных инфекций, который основывается на исследовании генетического материала человека. Результаты экспресс-диагностики будут доступны через пять часов после тестирования. Новый тест исследовали 2 месяца и испытали на 2000 людей. 

Что касается вакцины, то Научно-исследовательский институт проблем биологической безопасности совместно с Национальным центром биотехнологии приступили к разработке вакцины против коронавирусной инфекции в марте. 

У казахстанских учёных имеется четыре потенциальных кандидата. Сейчас они круглосуточно проводят клинические испытания в лаборатории 3-го уровня биобезопасности BSL-3 на реальных штаммах коронавируса SARS-CoV-2. 

Были ли мир готов к пандемии?

Пандемия возникает каждые 20-30 лет и всякий раз человечество жалеет, что к нему не подготовилось. 

Однако точно знать, с каким диким вирусом нам предстоит бороться — невозможно, ведь в природе их существует большое множество, а мы знаем лишь малую часть. Тем не менее новая третья революция о генах позволила нам в рекордные сроки распознать структуру вируса и создать вакцину за 63 дня.  

Впервые мир обратил внимание на вакцины на основе ДНК и РНК. Стартапы в этой области создают партнёрства и привлекают мировые инвестиции. COVID-19 может стать первым утверждённым показанием для нового вида вакцин. 

Такое же хочется наблюдать в области диагностики с использованием CRISPR, где задействовано меньшее количество учёных и уделяется меньшее внимание. Пандемия чётко выявила проблему диагностики во многих странах, в том числе в США, поэтому остаётся надеяться, что COVID-19 позволит изменить отношение к этому вопросу. 

Но в более широком смысле коронавирус привлёчет внимание нового поколения учёных и новаторов. Точно так же, как цифровая революция стимулировала инновации в последней половине 20-го века, биотехнологическая революция будет стимулировать первую половину 21-го века. Дети, которые изучают цифровое кодирование, будут превзойдены теми, кто изучает код жизни.

Революция будет иметь по меньшей мере три основных компонента.

  • Во-первых, это попытка бороться с вирусами на молекулярном уровне с помощью РНК-управляемых генетических таргетных устройств (точно так же, как это делают бактерии). Наши повторяющиеся вирусные эпидемии: SARS, MERS, Эбола, ВИЧ / СПИД и, конечно же, каждый новый штамм гриппа показывают, как мы были бедны в этом отношении. 
  • Во-вторых, это открытие глубинных механизмов развития рака и поиск способов индивидуализации методов его лечения.
  • И третье — это редактирование наших собственных генов.

Технология редактирования генов может сделать нас невосприимчивыми к вирусам и раку. Он может корректировать мутации, которые вызывают широкий спектр нарушений: от серповидноклеточной анемии до врождённой слепоты. И это может позволить нам генетически улучшить наши тела и умы, а также умы наших детей. 

Это будет самая трудная часть. Нам понадобятся не только учёные и новаторы, но и философы, гуманисты и хорошо информированные граждане, чтобы понять, разумно ли использовать эту удивительную технологию.
 

Читайте также: 

Борьба против незнания: Почему важно говорить о вакцинации во время коронавируса

Как разрабатывают вакцину против коронавируса и кто занимается этим в Казахстане