Эволюция вируса может подорвать вакцину против COVID-19 — но это можно остановить

Первый препарат против ВИЧ вернул умирающих пациентов с пропасти. Но когда взволнованные врачи бросились доставить чудо-лекарство новым пациентам, чудо растаяло. У каждого пациента препарат действовал только на время.

Эволюция вируса может подорвать вакцину против COVID-19 - но это можно остановить

Оказалось, что препарат очень хорошо убивает вирус, но вирус даже лучше развивает устойчивость к нему. Спонтанная мутация в генетическом материале вируса препятствовала тому, чтобы лекарство выполняло свою работу, и поэтому мутантные вирусы могли дико размножаться, несмотря на лекарство, что снова заставляло пациентов болеть. Прошло еще десять лет, прежде чем ученые нашли методы лечения, устойчивые к эволюции.

Может ли то же самое случиться с вакциной COVID-19? Может ли вакцина, которая является безопасной и эффективной в начальных испытаниях, потерпеть неудачу из-за того, что вирус эволюционирует, чтобы избавиться от неприятностей? Как эволюционные микробиологи, изучавшие вирус домашней птицы, у которого развилась устойчивость к двум разным вакцинам, мы знаем, что такой результат возможен. Мы также думаем, что знаем, что нужно, чтобы это остановить. Вакцины COVID-19 могут потерпеть неудачу, но если у них есть определенные свойства, они не сработают.

По большей части человечеству повезло: большинство человеческих вакцин не были подорваны микробной эволюцией.

Например, вирус оспы был искоренен, потому что он так и не нашел способа развиваться вокруг противооспенной вакцины, и никогда не возникало ни одного штамма вируса кори, который мог бы победить иммунитет, вызванный вакциной против кори.

Но есть одно исключение. Бактерии, вызывающей пневмонию, удалось развить устойчивость к вакцине. Разработка и замена этой вакцины другой была дорогостоящей и отнимала много времени: между первым появлением устойчивых штаммов и лицензированием новой вакцины прошло семь лет.

Других неудач с вакцинами для человека еще не было, но есть намеки на то, что вирусы, бактерии и паразиты могут эволюционировать или развиваются в ответ на вакцинацию. Ускользающие мутанты, способные уклоняться от иммунитета, вызванного вакциной, регулярно обнаруживаются у микробов, вызывающих гепатит В и коклюш.

Для таких болезней человека, как малярия, трипаносомоз, грипп и СПИД, разработать вакцины было трудно или невозможно, потому что микробы, вызывающие эти заболевания, развиваются очень быстро. В сельскохозяйственных условиях вакцины для животных часто подрываются вирусной эволюцией.

Если SARS-CoV-2 развивается в ответ на вакцину COVID, есть несколько направлений, по которым он может двигаться. Наиболее очевидным является то, что происходит с вирусом гриппа. Иммунитет работает, когда антитела или иммунные клетки связываются с молекулами на поверхности вируса. Если мутации в этих молекулах на поверхности вируса изменятся, антитела не смогут схватиться за них так сильно, и вирус сможет ускользнуть. Этот процесс объясняет, почему вакцина против сезонного гриппа нуждается в обновлении каждый год. Если это произойдет, вакцина COVID потребует частого обновления.

Но эволюция может отклониться в другом направлении. Например, для здоровья человека было бы лучше, если бы вирус развивался в скрытом режиме, возможно, путем медленного размножения или сокрытия в органах, где иммунитет менее активен. Многие патогены, вызывающие едва заметные хронические инфекции, пошли по этому пути. Они избегают обнаружения, потому что не вызывают острого заболевания.

Более опасным было бы, если бы вирус развил способ размножаться быстрее, чем иммунитет, создаваемый вакциной. Другая стратегия заключается в том, чтобы вирус нацелился на иммунную систему и ослабил индуцированный вакциной иммунитет.

Многие микробы могут выжить в организме человека благодаря своей исключительной способности вмешиваться в нашу иммунную систему. Если у SARS-CoV-2 есть способы хотя бы частично отключить человеческий иммунитет, вакцина COVID может отдать предпочтение мутантам, которые делают это еще лучше.

До того, как появился COVID, мы двое сравнивали вакцины, которые продолжают работать, с вакцинами, которые были подорваны эволюцией патогенов.

Оказывается, у действительно устойчивых к эволюции вакцин есть три особенности. Во-первых, они очень эффективны при подавлении репликации вирусов. Это останавливает дальнейшую передачу. Ни репликации, ни передачи, ни эволюции.

Во-вторых, эволюционно устойчивые вакцины вызывают иммунные реакции, которые атакуют несколько разных частей микроба одновременно. Одна часть вируса легко мутирует и не становится мишенью. Но если атакуют сразу несколько сайтов, иммунный побег требует одновременного возникновения множества отдельных мутаций бегства, что практически невозможно. Это уже было показано в лаборатории для SARS-CoV-2. Там вирус быстро развил устойчивость к антителам, нацеленным на один сайт, но изо всех сил пытался развить устойчивость к коктейлю антител, каждое из которых нацелено на несколько разных сайтов.

В-третьих, эволюционно-устойчивые вакцины защищают от всех циркулирующих штаммов, так что никакие другие не могут заполнить вакуум после устранения конкурентов.

Около 200 кандидатов на вакцину COVID находятся на разных стадиях разработки. Еще слишком рано знать, сколько из них обладают этими защитными функциями.

К счастью, нам не нужно ждать, пока появится лицензионная вакцина.