ГМО в борьбе с вирусами Зика, Эбола и будущими пандемиями

Опасения общественности по поводу вируса Зика во время Олимпийских игр в Рио — яркий пример необходимости быстрой борьбы с новыми инфекционными заболеваниями. В этой борьбе эксперты в области здравоохранения обратились к, казалось бы, неожиданному союзнику — генетически модифицированным организмам (ГМО).

Большинство современных биомедицинских достижений, особенно вакцин для защиты от пандемий, таких как Зика, Эбола и грипп, опираются на те же инструменты молекулярной биологии, что и для создания ГМО. Ученые используют технологию ГМО для быстрого изучения новых угроз, производства достаточного количества вакцин, мониторинга и даже прогнозирования новых вспышек.

Вакцины и молекулярная биология

Современная эра вакцин началась с внедрения инструментов молекулярной биологии в 1970-х годах. Они позволяют «препарировать» вирусы, изучая их генетический материал (ДНК или РНК). Например, исследователи могут «вырезать и вставить» гены, чтобы изучить их функции.

Когда ДНК модифицируется или изучается в клетках, отличных от исходных, это называется «рекомбинантной ДНК». Организм с такой ДНК считается ГМО. По словам доктора Хосе Эспарса, президента Глобальной вирусной сети, «невозможно проводить исследования в биомедицине без молекулярной биологии».

ГМО в разработке вакцин

• Вакцина против гепатита B (HBV): Первая вакцина 1981 года изготавливалась из антигена, полученного из крови носителей вируса. С появлением технологии рекомбинантной ДНК ученые смогли выделить ген вирусного антигена и производить вакцину в лаборатории. Сегодня одобренные FDA вакцины против гепатита B содержат рекомбинантную версию антигена.
• ДНК-вакцина против вируса Зика: В конце июня первая ДНК-вакцина против Зика была одобрена для испытаний на людях. Она содержит не сам антиген, а ген для него, который затем производит организм пациента. Это произошло менее чем через пять месяцев после того, как ВОЗ объявила Зика чрезвычайной ситуацией. Без инструментов для модификации ДНК, по словам доктора Эспарса, это нельзя было бы сделать с необходимой скоростью.

ГМО как фармацевтические фабрики

Многие вакцины и лекарства являются продуктами ГМО, так как их основные ингредиенты — белки — производятся модифицированными клетками.

• Модифицированные микроорганизмы: Бактерии, дрожжи и даже клетки яичников китайского хомячка используются для массового производства медицинских белков. В 2014 году 10 из 25 самых продаваемых лекарств были «биологическими» препаратами на основе рекомбинантных белков.
• Пример: вакцина HBV производится модифицированными дрожжами.
• «Фарминг» (производство в растениях): Самый яркий пример — сыворотка Zmapp, использованная для лечения врачей во время вспышки Эболы в 2014 году. Её производили в генетически модифицированных растениях табака. Технологию «фарминга» разработал Чарльз Арнтцен в начале 1990-х.
• Перспектива: Компания Applied Biotechnology Institute разрабатывает генетически модифицированную кукурузу, производящую антиген гепатита B, для создания пероральной вакцины в форме таблетки. Это может помочь в развивающихся странах, где сложно обеспечить холодовую цепь, стерильные иглы и медперсонал для инъекций.

Будущее диагностики

Вирусолог Эспарса насчитывает 11 пандемий за последние 14 лет, и почти все они были вызваны вирусами. «Совершенно предсказуемо, что будут другие пандемии. Сложно предсказать — какая».

Молекулярная биология позволяет создавать быстрые и дешевые диагностические инструменты:

• Тест на Зика: Команда из Гарварда представила бумажный тест (аналогичный тесту на беременность), использующий инструмент редактирования генов CRISPR/Cas9 для отличия вируса Зика от лихорадки Денге. При обнаружении специфической последовательности ДНК вируса Зика в капле крови запускается цепная реакция с цветным сигналом.

Такие инструменты помогут не только в диагностике, но и в мониторинге инфекций в местах возникновения новых болезней, что позволит предвидеть пандемии и создавать запасы вакцин.

«До сих пор на угрозы вроде Зика и Эболы у нас была очень реактивная реакция», — говорит доктор Эспарса. С помощью ГМО у экспертов по инфекционным заболеваниям появляются инструменты, чтобы опередить следующую вспышку, перейдя от реакции к быстрому обнаружению, сдерживанию и даже предотвращению.