Иммунная защита, полученная с помощью живых вакцин, носит продолжительный, а иногда и пожизненный характер. Это объясняется тем, что такие вакцины имитируют настоящую инфекцию. Иммунная система обстоятельно знакомится с возбудителем, охватывает большое количество его антигенов и выбирает в качестве реакции широкий спектр иммунных ответов. Правда, такие вакцины не годятся для людей с ослабленным иммунитетом, так как содержащиеся в них вирусы или бактерии хотя и ослаблены, но способны активно размножаться. В этом случае возникает потенциальная опасность спонтанных обратных мутаций. В редких случаях бывает, что возбудитель из вакцины в результате мутаций восстанавливает свою вирулентность и может вызвать болезнь пациента.

В инактивированных (мертвых) вакцинах присутствуют убитые возбудители, полностью лишенные активности и неспособные не только инфицировать человека, но и размножаться. Такие вирусы или бактерии обезвреживаются посредством высокой температуры или химических веществ. Вакцины на их основе более безопасны, чем живые, так как в них не могут происходить обратные мутации с увеличением вирулентности. С другой стороны, они не так эффективны в плане повышения иммунитета, как живые вакцины. Это значит, что создаваемый ими иммунный ответ слабее и сохраняется в большинстве случаев не так долго. В ходе инактивации путем нагревания или воздействия химических веществ белковые структуры могут разрушаться, в результате чего меняется структура антигенов и вызываемый вакциной иммунитет оказывается менее действенным. Введение вакцин с недостаточно инактивированными возбудителями в прошлом приводило к серьезным негативным последствиям. Например, в 1995 году после вакцинации недостаточно инактивированным вирусом полиомиелита отмечались многочисленные случаи заражения, закончившиеся тяжелыми неустранимыми параличами[47]. Правда, подобное случается крайне редко.

В настоящее время допущены к применению мертвые вакцины против бешенства, гепатита А, клещевого энцефалита, полиомиелита, японского энцефалита (вызванного флавивирусами), а также против бактериальных возбудителей холеры и коклюша. Известная вакцина против коронавируса Valneva также относится к числу мертвых. В последнее время все вакцины, не содержащие в себе живых вирусов, пресса причисляет к мертвым. В соответствии с этим подходом в мертвые следовало бы записать вообще все вакцины, кроме аттенуированных и векторных, в том числе и вакцины на основе белков, мРНК и ДНК. Но это неправильно. Мертвым или инактивированным может считаться лишь то, что до этого было живым или активным. Белки и наследственный материал — это молекулы, материальные структуры, которые изначально не были живыми. Поэтому раньше их никогда не называли мертвымивакцинами. Не следует делать этого и впредь.

Вирусы в белковой оболочке

Белковые вакцины демонстрируют иммунной системе белки или их части, принадлежавшие в прошлом возбудителям, против которых необходимо создать иммунитет. В белковых субъединичных вакцинах используется только какой-то один отрезок специфического белка возбудителя. Такие вакцины почти не имеют побочных эффектов, поскольку вызываемый ими иммунный ответ нацелен только на часть антигена и поэтому достаточно слаб. Следовательно, невелика и эффективность такой вакцины, то есть количество производимых с ее участием антител и Т-клеток. Прививки обычно надо периодически повторять. К применению допущены белковые субъединичные вакцины против вируса папилломы человека (ВПЧ), который может вызвать рак шейки матки, а также гепатит В. Вакцина против SARS-CoV-2 Novavax основана на целом белке, из которого состоит шип коронавируса. Его получают путем генетической модификации клеток насекомых. Такой тип вакцин называют также рекомбинантными белковыми вакцинами, потому что антигены после получения очищают и размещают вокруг ядра из полисорбата-80. Сформированные таким образом наночастицы можно рассматривать как переходную форму к вакцинам, состоящим из вирусоподобных частиц.

Такие вирусоподобные вакцины включают в себя, как правило, комплекс из нескольких белков, выступающих в качестве антигенов. Вакцина против SARS-CoV-2 компании Medicago, созданная на базе вирусоподобных белковых комплексов, добываемых из табака, содержит внешние копии вирусных оболочек и их поверхностных белков, но она пустая внутри и полностью лишена генетического материала. Это пример комплексной вакцины из вирусоподобных частиц. В разделе первой части книги, посвященном растительным вакцинам, мы уже рассматривали эту вакцину. В отличие от белковых субъединичных вакцин, вирусоподобные вакцины, как правило, более эффективны и дают иммунный ответ более широкого спектра.

В вакцинах на основе нуклеиновых кислот используется генетический материал, поэтому их называют также генными. РНК-вакцины содержат рибонуклеиновую кислоту (РНК), а ДНК-вакцины — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). Целью таких вакцин не являются манипуляции с генами в ядрах человеческих клеток, то есть они не производят «генетических изменений» в организме человека, но вмешиваются в генетические процессы, в частности в экспрессию генов. Так называется процесс биосинтеза белка, который постоянно происходит в «белковых фабриках» наших клеток — рибосомах.

Экспрессия генов необходима для пополнения запасов белков, которые требуются организму для роста и выполнения своих функций. Она происходит в соответствии с планом, заложенным в ДНК, которая после транскрипции в мРНК считывается нашими белковыми фабриками. Генетическая информация из вакцин, созданных на базе нуклеиновых кислот, оказывает влияние на процесс экспрессии генов, чтобы наладить производство вирусных антигенов, в частности белкового шипа. Первой вакциной на основе нуклеиновых кислот, которая получила всемирное распространение, стала мРНК-вакцина от BioNtech/Pfizer, которая была условно допущена к использованию в Европе в декабре 2020 года и широко применяется начиная с 2021 года. Вскоре за ней последовала похожая мРНК-вакцина от компании Moderna. До настоящего времени не допущена к применению ни одна вакцина на базе ДНК. По состоянию на январь 2022 года американская фармацевтическая компания Inovio проводит третий этап клинических испытаний такой вакцины.

Векторные вирусные вакцины представляют собой дополнительный вид генетических вакцин. Принцип их действия такой же, как у вакцин на базе мРНК и ДНК, но доставка вирусного генетического материала осуществляется не непосредственно в клетку, а через вирус-носитель, который вносит в человеческую клетку мРНК или ДНК. Если речь идет о векторном вирусе на базе ДНК, то в клетке ДНК впоследствии опять-таки преобразуется в мРНК. Такие векторные вакцины против SARS-CoV-2, как AstraZeneca, Johnson&Johnson и «Спутник V», представляют собой разновидности ДНК-вакцин. К настоящему времени не получила допуска к применению ни одна векторная вакцина на базе РНК вируса-носителя. До наступления эры COVID-19 добиться допуска удалось лишь двум вирусным векторным вакцинам. Это вакцина против лихорадки Эбола и уже упомянутая вакцина против лихорадки денге. Это были ранние формы векторных препаратов. Ввиду того что в них отмечалось производство антител, усиливающих инфекцию, они больше не применяются.

Проблемный случай: инфекции дыхательных путей

В настоящее время в обращении находятся надежные и эффективные вакцины — например, против дифтерии, столбняка, клещевого энцефалита и кори. Но принцип вакцинации имеет естественные пределы. Ограничения в разработке вакцин регулярно возникают, когда речь идет об инфицировании дыхательных путей вирусами гриппа или коронавирусами. В этом разделе мы попытаемся дать ответ на вопрос, почему возбудители респираторных инфекций доставляют столько трудностей иммунологам. Этот вопрос очень важен в свете эволюционного равновесия между иммунной системой и возбудителями болезней, поэтому его нельзя обойти стороной, говоря о естественной истории развития иммунной системы.

В ходе зимней волны эпидемии гриппа 2017–2018 годов вакцинация в Германии обеспечила защиту на 15 процентов.