Ковид и коты
Научный центр Чумакова находится недалеко от Внукова: по одну сторону Киевского шоссе блестящие стёкла и флаги Vnukovo Outlet Village, по другую - бетонный забор с колючей проволокой. При входе капсулы-сканеры, как в аэропорту, несколько охранников, потом турникеты. За забором - советские здания из рыжего кирпича, газоны и деревья. Люди в масках, которые попадаются навстречу, присматриваются и здороваются, как в деревеньке. Слышно, как падают листья.
- Здесь пахнет как в лесу под Звенигородом, - говорит молодой учёный Юрий Ивин. - И белки живут - видите кормушки на деревьях? Правда, их вытесняют птицы и коты-акробаты - сидят, качаются в кормушках.
- Вообще-то я рассчитывала увидеть ковид, а не котов. Вы же его здесь выращиваете и храните?
- Я не смогу показать вам даже специальные холодильники, в которых хранится вирус, - флегматично отвечает Юрий Ивин. - Они в закрытой зоне с отдельной пропускной системой. Зато я покажу место будущего производства новой вакцины, куда уже через пару месяцев вам будет не попасть.
Центр Чумакова работает с вирусами все 65 лет с момента открытия. Начинал с вакцины против полиомиелита с живыми ослабленными вирусами - ею прививают до сих пор. Возможно, и вы привиты ею.
- Живые вакцины вызывают самый стойкий иммунитет, - рассказывает Юрий. - Обычно их вводят в организм тем же путём, каким попадает дикий вирус. Против полиомиелита, например, - через пищеварительную систему. Против гриппа - через нос. Там вакцину встречает так называемый мукозальный, барьерный иммунитет, который потом не даст вирусу проникнуть в кровь и клетки. Это идеальная защита.
- То есть лучше всего разработать от ковида живую вакцину?
- Но у неё серьёзные побочные эффекты. Ослабленный вирус, попадая в организм, начинает размножаться, а иммунитет его давит. Чем сильнее иммунная реакция, тем она чувствительнее для организма. Человек с иммунодефицитом может даже заболеть. Но я читал, что в Индии разрабатывают как раз живую вакцину.
Самые популярные и хорошо изученные вакцины - это инактивированные, то есть с убитыми вирусами. Обычно они не дают серьёзных побочек. При этом в организм попадает целая вирусная частица - значит, антитела могут выработаться к разным её частям. Если дикий вирус мутирует в какой-то одной части, иммунная система сможет опознать его по другой. Центр Чумакова десятки лет специализируется на инактивированных вакцинах (например, от энцефалита). Тот же Юрий Ивин в последние годы участвовал в разработке инактивированной вакцины от полиомиелита. Она уже прошла клинические испытания, а вот научную публикацию пока не успели подготовить. Началась пандемия, и учёные переключились на новую вакцину.
- Если у вас такая привычная, хорошо изученная технология, почему вы не первыми в России получили разрешение на клинические исследования? - спрашиваю. - Не обидно?
- Работа с живым вирусом - опасное производство, - без тени пафоса говорит Ивин. - Мы не можем ускорить некоторые этапы даже в пандемию. Другим разработчикам не приходится много контактировать с вирусом. Так, институту Гамалеи для их векторной вакцины нужен только ген белка spike - того самого, который выглядит как шип на изображениях коронавируса. Это главный антиген, на который должна среагировать иммунная система. Его вообще можно было синтезировать без контакта с коронавирусом, как только китайские учёные расшифровали геном. Но проще, конечно, вырезать ген, а потом вставить в геном безопасного аденовируса - такую технологию институт Гамалеи разработал для вакцин против Эболы и MERS, близкого к новому коронавирусу. А что сделал новосибирский "Вектор", я просто не знаю: не видел их публикаций.
Учёный открывает электронным ключом дверь в здание. Ведёт нас к металлическим шкафчикам и выдаёт одноразовые халаты, бахилы и шапочки - в дополнение к нашим маскам и перчаткам. Туда, где идёт производство вакцины, требуются костюмы посерьёзнее.
От бутылки к биореактору
Мы идём узкими коридорами. Через стеклянный шлюз заходим в помещение с двумя стеклянными и двумя крашеными стенами. Вдоль стен компьютеры, какие-то агрегаты и шкафы. Окон нет. Становится неуютно.
- В начале пандемии нам, наверное, было даже тревожнее, чем остальным: мы же много читали, - говорит Ивин. - Помню, когда ввели пропуска для передвижения, автобусы вдруг стали забиты битком. Все без масок, чихают и кашляют. Жутковато. Я надевал одноразовую маску, а сверху ещё велосипедную с угольным фильтром, чтоб поплотнее к лицу прижать. Но потом купил машину и успокоился.
- Только из-за пандемии купили машину?
- Давно собирался, но тут решился.
В то же самое время начальница отдела Анастасия Пиняева ездила в больницу в Коммунарке добывать вирус SARS-CoV-2 для будущей вакцины. Она, правда, не имела дел с пациентами, только с их мазками. И вскоре даже сама начала проводить ПЦР-диагностику сотрудникам с симптомами простуды.
- Мы работаем с вирусом профессионально, с соблюдением всех требований безопасности, в боксах с рукавами, где не может быть прямого контакта, - объясняет Ивин. - Когда появилась возможность сделать анализ, стало спокойнее, а главное - вскоре началась разработка вакцины. За всё это время из 20 человек переболела только одна сотрудница отдела, и та заразилась не на работе.
Подходящий для вакцины вирус придирчиво отбирали из полученных в Коммунарке: нужно было, чтобы он хорошо размножался в клетках и хорошо их убивал. Для выращивания вирусов центр обычно пользуется известной линией клеток африканской зелёной мартышки Vero. Она подошла и для SARS-CoV-2. Когда нужный штамм подобрали, группа Ивина приступила к культивированию клеток и самого вируса.
- Это биореакторы для культивирования клеток, - мы подходим к двум не самым большим, ниже человеческого роста, агрегатам с цилиндрическими ёмкостями.
Юрий Ивин рассказывает, что для лабораторных исследований достаточно роллерной бутылки или культурального флакона: посадил внутрь клетки - они и растут по поверхности. Заразил их вирусом, потом инактивировал химическим веществом типа формалина, пропустил через центрифугу, чтобы очистить от остатков клеток и других примесей, - получил 10 мл чистейшей вакцины.
- На производстве мы тоже начинаем цикл с бутылок, - говорит Ивин. - Сейчас все пользуются не стеклянными, а одноразовыми пластиковыми - для безопасности. Обычно они лежат на валиках в больших шкафах - видите слева от вас почти двухметровые? А в таком биореакторе поместится в 10 раз больше клеток. Потом мы переносим их в ещё больший реактор. Выращиваем ещё больше клеток и только тогда заражаем вирусом.
В биореакторе клетки растут совсем в других условиях: вместо бутылок - маленькие полимерные шарики, они плавают в питательной среде, содержащей фактор роста клеток из сыворотки крови. Туда же по трубкам подаётся сжатый воздух, кислород, углекислый газ. Смесь волнообразно перемешивается, чтобы к клеткам поступала еда, а продукты жизнедеятельности, наоборот, отводились. Реактор делает это сам, но всё равно его нужно настроить, проследить, а иногда скорректировать.
- Вы рассказываете про клетки как про детей: и укачать надо, и накормить, и чуть ли не умыть, - говорю. - Наверное, жалеете, что не можете выкладывать их фоточки?
- Мы выкладываем! - отвечает Ивин. - В рабочих чатах. Сейчас сами увидите.
Он показывает в телефоне блёклые кружки с полосочками. Это полимерные шарики с клетками на поверхности.
- Но это ерунда по сравнению с фотографиями заражённых клеток! - говорит Ивин. - Пойдёмте в лабораторию, покажу на компьютере.
Выращивание клеточных культур, рассказывает он по дороге, им было не в новинку. А вот сам вирус оказался совсем не похож на знакомые им крошечные пикорнавирусы (к ним относится, например, полиомиелит). SARS-CoV-2 не только гораздо крупнее, но и покрыт дополнительной к белковой липосодержащей мембранной оболочкой. Это не помеха для заражения клеток и даже для инактивации вируса. Но требует других методов очистки вакцины от примесей. С центрифугой при малых лабораторных объёмах проблем нет. Но могут быть, например, при промышленном хроматографическом способе, когда многосоставный раствор пропускают через смесь смол и разные фракции оседают в разных слоях. Учёные рассчитали, как и что сделать. Вакцина прошла доклинические испытания на мышах и обезьянках мармозетках.
- Я знаю, что испытания прошли успешно, - говорит Ивин. - Не только с точки зрения безопасности: у животных выработались нейтрализующие антитела, которые не дают вирусу связываться с клетками.
- То есть вы не побоитесь привиться своей вакциной?
- Конечно, я хочу привиться, когда начнётся третья, массовая фаза клинических испытаний.
- Но тогда, может, и вакцина будет не совсем такая, как сейчас? - уточняю. - В России, говорят, часто бывают проблемы с качеством в промышленных масштабах.
- Промышленное производство - такая же серьёзная разработка, как и создание вакцины, - соглашается Ивин. - Но я как раз пытался вам рассказать, насколько тщательно мы всё продумали с масштабированием. Мы всем отделом продолжаем налаживать производство. Качество других вакцин нашего центра доказано. Надеюсь, и с новой получится.
Вместо биороботов
Очутившись в своей лаборатории - комнате с высокими потолками, аутентичными деревянными шкафами 1950-х и штабелями упаковок молока за вредность, - Ивин первым делом идёт к холодильнику. Достаёт стеклянную ёмкость, откачивает автоматической пипеткой прозрачную буферную жидкость и заливает новую.
- Работа учёного в значительной степени так и выглядит, - Ивин снова пытается сбить пафос. - Залил, подождал два часа, поменял, потом опять подождал два часа.
Он говорит, что в этой ёмкости на стекле тоже растут клетки зелёных мартышек. Завтра он будет их красить: добавлять к определённым белкам антитела, модифицированные флуоресцентными красителями для визуализации под микроскопом. Это никак не связано с вакцинами.
- На первый взгляд это описательная наука, но несколько таких исследований могут привести к интересным выводам, - говорит Ивин. - От пандемии есть один плюс: люди начали интересоваться фундаментальной наукой, поскольку благодаря ей мы часто получаем практические разработки. Обычно меня спрашивают: "Где работаешь? О, ты делаешь биороботов? Нет? Ну, ладно". О каких биороботах они вообще говорят?
Ивин заинтересовался биоинженерией, когда учился в биохимическом классе лицея в Троицке Челябинской области. Окончив лицей, он поступил в МГУ на факультет биоинженерии и биоинформатики. На четвёртом курсе пришёл в центр Чумакова писать курсовую о взаимодействии клеток и вирусов. Да так и работает уже 11 лет, переселившись в другой, московский Троицк.
Он показывает видео, в котором вирусы (нековидные) взрывают клетки. Потом другое видео, где вирусы доводят клетку до программируемой смерти - апоптоза. А затем открывает цветные фотографии: разрушенные вирусом клетки кажутся нарисованными в чёрной пустоте лицами - кто-то грустит, кто-то улыбается наподобие хеллоуинской тыквы.
- Я даже мультфильм про них хотел сделать, - мечтательно смотрит на фото Ивин.
- Этим и займётесь, когда наладите производство вакцины от коронавируса? Или это слишком отдалённые планы?
- Вообще-то, третья фаза клинических испытаний может начаться уже в ноябре. Но ещё много всего - например, подготовка научной публикации. У нашего отдела уже есть публикация по отбору вируса в The Journal of Infectious Diseases, будут и по другим этапам.
Ивин рассказывает, что потом ему было бы интересно заняться более технологичными вакцинами. Сделать, например, вирусоподобную частицу - это когда в клетках вырабатываются белки, которые потом собираются в частицу. Снаружи она как белковая оболочка вируса, но внутри нет генома, она не может ожить.
- Наш директор говорит, что вакцина первого выбора должна производиться на хорошо изученной базе, поэтому мы занялись инактивированной вакциной. Но потом неплохо бы сделать что-то более безопасное в производстве, что не требует культивирования живого вируса.
"Привиться или не привиться" - стоит ли вопрос, если вакцины уже неоднократно побеждали летальные инфекции?