Дайджест по разработке съедобных вакцин в мире и Республике Узбекистан

Спецвыпуск ДАЙДЖЕСТ по съедобным вакцинам от COVID-19, разрабатываемым в мире и Республике Узбекистан Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.

Содержание Технология разработки съедобных вакцин 3 8 Разработка съедобных вакцин в Узбекистане 10 13 Разработка съедобных вакцин в России 17 Разработка вакцин на основе трансгенных растений Источники 2

Технология разработки съедобных вакцин В настоящее время в большинстве стран мира признано, что вакцинация является наиболее эффективным способом профилактики многих инфекционных и неинфекционных заболеваний. Благодаря применению вакцин удалось значительно снизить детскую смертность и увеличить продолжительность жизни во всех социальных группах развитых и развивающихся стран. Вакцины - это биологические препараты, которые повышают иммунитет к определенным заболеваниям и содержит белок, который напоминает болезнетворный микроорганизм и часто состоит из слабых или убитых форм вируса. Вакцины - это агенты, которые стимулируют иммунную систему организма распознавать антиген. Учеными со всего мира была предложена новая форма вакцины – съедобная, которая сможет обойти сторону риска обычных вакцин, т.е. не иметь побочных эффектов. Этот тип вакцины производится из генетически модифицированных растений. Для большинства разработчиков совершенствование вакцин направлено на снижение их стоимости, увеличение и упрощение срока хранения и удешевление производства, поэтому одним из таких решений может быть использование растений в качестве \"фабрик\" для производства вакцин. Растения являются более безопасными системами для получения вакцинных белков, поскольку не содержат вирусов, способных вызывать заболевания человека. Это делает растения более оптимальными системами получения вакцин, чем бактерии. При этом рекомбинантные антитела, получаемые в трансгенных растениях, не уступают по эффективности полученным традиционным способом [1]. 3

Технология разработки съедобных вакцин При производстве съедобных вакцин кодирующий ген бактериальный или вирусный агент, вызывающий заболевание, может быть введен в растения без потери его иммуногенных свойств. Основным механизмом действия съедобных вакцин является активация системных иммунных ответов и иммунных ответов слизистых оболочек против чужеродного болезнетворного организма. Съедобные вакцины можно производить путем включения трансгена в выбранную растительную клетку. Растительные вакцины можно условно разделить на 2 вида: вакцины, которые вводятся традиционным, инъекционным способом, и съедобные вакцины. Эти вакцины отличаются конечным этапом в производстве: белок для инъекционных вакцин извлекается из растений, очищается и на его основе производится вакцина. Для съедобных вакцин извлечение белка из растений не производится, из-за чего для такого типа вакцин часто используют те растения, которые человек традиционно использует в пищу: помидоры, картофель, огурцы, зелень. 4

Технология разработки съедобных вакцин В настоящее время усилия многих ученых направлены на создание именно съедобных вакцин. Это связано с тем, что сам процесс вакцинации — очень простой, удобный и безопасный, при котором риск заражения другими микроорганизмами минимален. Во-вторых, съеденная вакцина попадает прямиком в желудочно-кишечный тракт. Слизистые являются первым барьером на пути любой инфекции и их защита обеспечивается особыми клетками иммунной системы, образующими мукозную (слизистую) иммунную систему. Эта система иммунитета является неспецифической и обеспечивает первый барьер на пути инфекций. При этом вакцинация через слизистые оболочки приводит к стимуляции как мукозного, так и общего иммунных ответов. 5

Технология разработки съедобных вакцин Однако проводить вакцинацию через слизистые оболочки непросто из-за ряда физиологических барьеров, препятствующих проникновению белков-антигенов. Оболочка же растительных клеток обеспечивает антигену естественную защиту при прохождении через пищевод и желудок с кислым пищеварительным соком. Затем \"упакованный\" антиген благополучно достигает кишечника и соответственно, — мукозной иммунной системы. При создании биотехнологических вакцин используют несколько подходов. В первом случае в растение встраивается реальный ген вируса или бактерии, под воздействием которого синтезируется белок-антиген. Однако более перспективным методом является конструирование генов, кодирующих искусственные белки, так называемые синтетические вакцины с оптимально подобранным составом \"активных\" центров антигена, которые и вызывают формирование иммунитета. 6

Технология разработки съедобных вакцин Разработка съедобных растительных вакцин основана на способности растений восстанавливать целое растение даже из одной клетки, а также на свойстве особой почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens переносить фрагменты ДНК в ядро растительной клетки и встраивать эту ДНК в генетический материал растений. Сам процесс создания съедобной растительной вакцины можно представить следующим образом: на первом этапе выбирается интересующий ген, из его последовательности выбираются кодирующие участки (экзоны), из которых собирается искусственный ген и встраивается в специальный вектор, обеспечивающий его встраивание в геном растений. Затем эта конструкция внедряется в бактерию Agrobacterium tumefaciens. Далее растительная ткань обрабатывается такой трансформированной бактерией и клетки, содержащие конструкцию, размножаются на специальных средах. Из культуры клеток затем получают растение, в котором синтезируются белки-антигены. Эти растения потом размножаются традиционным путем и могут быть использованы в качестве съедобных вакцин, стимулируя иммунитет человека. Дальнейшие этапы разработки вакцины включают испытания сначала на животных, а потом на человеке [2]. В настоящее время в ряде стран мира, включая Узбекистан, ведется разработка таких съедобных вакцин путем трансформации томатов, картофеля, кисломолочных бактерий, зелени. 7

Разработка съедобных вакцин в Узбекистане В настоящее время в нашей республике учеными и специалистами Центра геномики и биоинформатики АН РУз ведутся работы над созданием съедобной вакцины против COVID-19. Ученые Центра, взяв в качестве белка- антигена S-белок коронарвируса, разработали специальную конструкцию для трансформации растений. Этой конструкцией были трансформированы клетки хлопчатника, табака и томатов. Трансформированные растения томата после прохождения всех этапов разработки, включая испытания сначала на животных и человеке, могут быть использованы в качестве съедобных вакцин [3]. В клетку растения был введен коронавирус, обнаруженный в Узбекистане, путем клонирования. Ученые проверили и обнаружили, что вакцина действительно выделяется из клеток растения. После того как пациент съедает \"вакцинированный помидор\", он попадает в организм человека и из клеток помидора выделяются антитела. По словам ученых, над этим проектом они работают с января 2021 года. Они также отметили, что выбор в пользу помидоров был сделан не случайно, так как перед употреблением в пищу эти продукты не подвергаются термической обработке. В случае со съедобной вакциной, это одно из основных требований, так как при высоких температурах разрушаются клетки, вырабатывающие антитела [5]. Как сообщают разработчики, доклинические испытания съедобных вакцин на основе томатов будут проведены до конца текущего года. 8

Разработка съедобных вакцин в Узбекистане Новость о разработке съедобной вакцины против коронавируса узбекскими учеными вызвала ряд положительных отзывов со стороны российских коллег. Так, руководитель отдела НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Гамалеи Александр Бутенко в интервью с радиостанцией \"Говорит Москва\" прокомментировал создание в Узбекистане помидора-вакцины от COVID-19. \"Вообще такая технология — выращивание вакцин растительного происхождения — имеет основания быть\", — сказал вирусолог. Однако он отметил, что трудно объяснить что- то конкретнее из-за отсутствия данных, которые не предоставил Узбекистан. Также он объяснил, что теоретически подобные модели на данный момент разрабатываются с помощью молекулярно-генетических технологий [5]. В свою очередь, российский ученый-иммунолог, кандидат медицинских наук Николай Крючков в беседе с \"Комсомольской правдой\" перечислил пять преимуществ такой вакцины: 1. Удобство и безболезненность. Не нужно делать уколы. 2. Минимум побочки – поствакцинальные реакции точно будут слабее, чем у классических прививок. 3. Не требуются затраты на организацию прививочного кабинета, набор медицинского персонала, обеспечение стерильности и прочих условий. 4. Нет расходов на обеспечение особых условий хранения и транспортировки, как для обычных вакцин. 5. Дешевое массовое производство. Выращивать \"вакцинные\" овощи и фрукты куда дешевле, чем производить вакцины в биореакторах или на другом оборудовании. \"Сами растения от природы имеют защитные оболочки, благодаря которым вакцинный материал попадает к нам в организм фактически в виде биокапсул. За счет этого необходимые для выработки иммунитета белки не сразу перевариваются в верхних отделах пищеварительного тракта, а проникают глубже, это тоже плюс\", - добавил эксперт [6]. 9

Разработка съедобных вакцин в России Институт экспериментальной медицины (ИЭМ) Санкт-Петербург разработал вакцину против коронавирусной инфекции в виде ряженки. По словам директора института Александра Дмитриева, технология получения новой вакцины основана на внедрении в геном живой пробиотической бактерии энтерококка, содержащейся в кисломолочных продуктах, участка ДНК патогенных микроорганизмов, в данном случае вируса SARS-CoV-2 [7]. Как поясняет разработчик новой вакцины, с одной стороны пробиотическая бактерия оказывает полезное действие на организм человека, а с другой стороны, на него же вырабатываются антитела против коронавируса. Полученная таким способом вакцина имеет ряд преимуществ по сравнению с уже существующими в мире препаратами. Одним из таких особенностей вакцины является то, что она не противопоказана, практически, никому. \"Это обычный кисломолочный продукт – тот, который мы видим на прилавках в магазине, в виде кефира, ряженки, простокваши”, – сказал директор ИЭМ. Кроме того, ученый отмечает, что ее производство может быть налажено на любом молочном заводе, путем минимальной модификации процесса, так как сама технология не требует многочисленных стадий. Все что нужно – посеять культуру в молоко и через сутки получить чистый продукт готовый к расфасовке. Помимо этого, нет необходимости строго соблюдать нормативы холодовой цепи в - 19 градусов и ниже, для хранения и перевозки продукта – достаточно поддерживать температуру от +4 до +8 градусов, как для обычных кисломолочных продуктов. Дмитриев отдельно отметил, что использование препарата не подразумевает инъекционного введения, что очень важно, например, для маленьких детей. 10

Разработка съедобных вакцин в России Как рассказала старший научный сотрудник отдела молекулярной микробиологии ИЭМ Ирина Королёва, выделенный из кисломолочных продуктов пробиотик абсолютно безопасен, и показал свою эффективность прежде всего в отношении желудочно-кишечного тракта. Поскольку прием этого препарата пероральный, то есть его просто пьют, то, прежде всего, идет выработка секреторного иммуноглобулина класса А на слизистых ротовой полости и носоглотки, тем самым выработка этих антител защищает входные ворота для проникновения вирусной инфекции, что очень важно. Тем самым мы блокируем вирус уже в начале и не позволяем ему проникать внутрь по воздушным путям, пояснила она. По словам заведующего отделом молекулярной микробиологии ИЭМ Александра Суворова, на данный момент разрабатываются два варианта препарата: первый на основе молока и второй – на соевом белке для тех, кто имеет противопоказания к употреблению молочным продуктам. Кроме того, такую вакцину можно будет делать с любыми вкусовыми добавками. Для вакцинации людей будет достаточно 250-200 миллилитров, в три приема, чтобы человек принимал, а потом, через 21 день, повторный прием этого кисломолочного продукта. \"А относительно вкусовых пристрастий, естественно, их можно делать абсолютно любые эти кисломолочные продукты: с клубникой хотите или просто так\", – добавил он. Сама технология, разработанная учеными ИЭМ, запатентована. Вакцина успешно проходит стадии доклинических испытаний, демонстрируя свою эффективность и безопасность на мышах. 11

Разработка съедобных вакцин в России Также, Сибирским институтом физиологии и биохимии растений РАН предложен проект разработки новых типов вакцин против опасных инфекций на основе трансгенных растений. В настоящее время, разрабатывается дизайн генетических конструкций, обеспечивающих генетическую трансформацию растений и содержащих ген, кодирующий синтез в растениях (плодах) основных антигенных белков того или иного патогена. Согласно проекту, в результате на основе плодов этих растений создаются вакцины, как прямого применения (то есть съедобные вакцины), так и получения на их основе вакцинных препаратов, обогащенных антигенами (биофарминг). Судя по мировой научной литературе, эти вакцины намного дешевле, гипоаллергенны, не требуют хранения и транспортировки при низкой температуре. Вакцинация производится без инъекций. В настоящее время многие лаборатории мира работают над подобными вакцинами. Исследовательская группа института имеет 10-летний опыт работы в этом направлении. Институтом совместно с другими научными учреждениями по международному гранту Международного научно-технического центра (МНТЦ) разработаны две кандидатные вакцины на основе трансгенных растений. Одна против ВИЧ-СПИДа и гепатита В и вторая конкретно против гепатита В [8]. 12

Разработка вакцин на основе трансгенных растений Группа канадских молекулярных биологов под руководством профессора Брайана Уорда из университета Макгилла в Монреале, разработали прототип вакцины от коронавируса на основе табака Бентхама. Препарат уже успешно прошел 1-фазу клинических испытаний, результаты которой опубликованы в журнале Nature Medicine [9]. Вакцина состоит из набора вирусоподобных частиц, включающих фрагменты оболочки коронавируса. Инструкции по сборке этих частиц ученые внесли в геном табака Бентама (Nicotiana benthamiana), австралийского родственника обыкновенного табака. Ученые специально инфицировали его ростки с помощью генно- модифицированных бактерий Agrobacterium tumefaciens, которые могут вставлять чужеродные сегменты ДНК в гены растений, подвергающихся их воздействию. \"Наши наблюдения показали, что добровольцы одинаково хорошо переносили все варианты введения вакцины в их организм. После инъекции второй дозы количество антител в крови большинства из них было примерно в десять раз выше, чем в плазме людей, переболевших COVID-19\", – отмечают авторы работы. Эта методика не нова, поскольку ее уже активно применяют для вакцин от гриппа, гепатита B и папилломавируса. Она имеет несколько значительных преимуществ: существенное снижение стоимости прививок, возможность хранения при относительно высоких температурах (от 2 до 8 С), но при этом производство вакцин растительного происхождения несложно масштабировать. 13

Разработка вакцин на основе трансгенных растений Первая фаза испытаний показала, что двухдозовая вакцина на растительной основе вырабатывала у реципиентов в 10 раз больше антител по сравнению с теми, кто уже был инфицирован вирусом. Вакцина против коронавируса проверялась на 200 добровольцев старше 18, но младше 50 лет, живущих в Монреале и Квебеке. Биологи сделали несколько разных вариантов прививок из вирусоподобных частиц, которые получили участники эксперимента. Оказалось, что организмы испытуемых перенесли вакцину в целом хорошо, сильных побочных эффектов не было, кроме одного случая ярко выраженной усталости сразу после укола. Вакцина подтвердила свою безопасность при любой стратегии введения. При этом большое число антител к SARS-CoV-2 обнаружилось у почти 60% участников исследования сразу после одной дозы вакцины, а при двукратном введении их выявили уже у 91% добровольцев. Ученые пришли к выводу, что эти защитные молекулы у привитых добровольцев образуются на порядок чаще, чем у недавно переболевших COVID-19. В скором времени исследователи планируют публикацию данных второй и третьей фаз клинических испытаний. В случае их удачного завершения, в мире может появиться доступная альтернатива для РНК- вакцин [10, 11]. Другая канадская биофармацевтическая компания Medicago также разработала прототип вакцины от коронавируса на основе табака. Первая фаза испытаний показала, что двухдозовая вакцина на растительной основе вырабатывала у реципиентов в 10 раз больше антител по сравнению с теми, кто уже был инфицирован вирусом [12]. 14

Разработка вакцин на основе трансгенных растений В Medicago сообщили, что вакцина производится с использованием быстрорастущего табака и вирусоподобных частиц (VLP). В состав VLP-вакцины входят не традиционно используемые убитые или ослабленные вирусы, а небольшие белковые структуры, выращиваемые в растениях или в насекомых. Для иммунной системы организма они выглядят как настоящие вирусы, однако не содержат вирусного генетического материала. VLP является копией оболочки вируса, которая в отсутствие генетического материала не несет никакой опасности для организма. По заявлению компании, это отличается от нынешних вакцин, которые нацелены только на спайковый белок снаружи вируса, а не на общую структуру. Вакцина на основе табака имеет несколько преимуществ в сравнении с более привычными разработками. Отмечается, что такая вакцина намного безопаснее, потому что табак не содержит патогенов, которые вызывают болезни людей и намного быстрее в создании, потому что элементы вакцины накапливаются в табаке за шесть недель в отличие от нескольких месяцев при привычных методах. Кроме того, вакцина остается стабильной при комнатной температуре, также она может вызвать иммунный ответ после одной дозы. В настоящее время Medicago набирает 30 тысяч участников по всему миру для третьей фазы испытания. Если клинические испытания на поздних стадиях подтвердят положительные результаты, то готовая вакцина может поступить в распоряжение врачей уже спустя 3-4 месяца [13]. 15

Разработка вакцин на основе трансгенных растений В Таиланде разработали вакцину от коронавируса Baiya SARS-CoV-1 Vax 1 из листьев табака вида Nicotiana Вenthamiana. Препарат изготовила компания Baiya Phytopharm вместе с Университетом Чулалонгкорн. Вакцина успешно прошла испытания на животных и вскоре будет опробована на людях [14]. Предполагается, что первая фаза клинических испытаний c участием 90-100 добровольцев в возрасте от 18 до 75 лет начнется осенью 2021 года. Добровольцев поделят на две возрастные группы: 18-50 и 50-75 лет. Информация о первой фазе испытаний препарата зарегистрирована на портале www.clinicaltrials.gov [15]. Вакцина коронавируса на растительной основе, разработанная профессором турецкого университета Акдениз и членом- корреспондентом Национальной академии наук Азербайджана (НАНА) Тарланом Мамедовым совместно с группой исследователей вошла в список вакцин Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) против COVID-19, проходящих испытание. Группа под руководством Мамедова получила вакцину на основе белка из листьев табака вида Nicotiana Benthamiana, выращиваемого специально для этих целей в лаборатории. Профессор отметил, что даже одна доза вакцины вырабатывает особый иммунитет против COVID-19. Вакцина Мамедова была успешно протестирована на животных, после чего начались клинические испытания на добровольцах [16]. 16

Источники 1. Edible Vaccines: Promises and Challenges // https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7090473/ 2. Данные предоставлены экспертами Центра геноми и биоинформатики при Академии наук Республики Узбекистан 3. В Узбекистане разрабатывается съедобная вакцина от коронавируса // https://eadaily.com/ru/news/2021/08/27/v-uzbekistane-razrabatyvaetsya-sedobnaya-vakcina-ot- koronavirusa 4. Узбекистан разработал вакцину от COVID-19 в виде помидора // https://www.gazeta.ru/social/news/2021/08/27/n_16439696.shtml 5. Вирусолог прокомментировал создание узбекского помидора-вакцины от коронавируса // https://lenta.ru/news/2021/08/27/povidor_vakcina/ 6. Иммунолог назвал пять плюсов съедобных растительных вакцин // https://www.kp.ru/online/news/4417710/ 7. В Петербурге начались испытания съедобной вакцины-ряженки от COVID-19 // https://iemspb.ru/news/%d0%b2- %d0%bf%d0%b5%d1%82%d0%b5%d1%80%d0%b1%d1%83%d1%80%d0%b3%d0%b5- %d0%bd%d0%b0%d1%87%d0%b0%d0%bb%d0%b8%d1%81%d1%8c- %d0%b8%d1%81%d0%bf%d1%8b%d1%82%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d1%8f- %d1%81%d1%8a%d0%b5%d0%b4/ 8. Разработка новых типов вакцин против опасных инфекций на основе трансгенных растений // http://www.sifibr.irk.ru/innovation/innovation-projects/391-2011-07-20-06-42-34.html 9. Phase 1 randomized trial of a plant-derived virus-like particle vaccine for COVID-19 // https://www.nature.com/articles/s41591-021-01370-1 10. Вакцина растительного происхождения от COVID-19 прошла первую фазу испытаний // https://nauka.tass.ru/nauka/11403669 11. Канада создает вакцину от коронавируса из растения // https://pharmmedprom.ru/news/kanada- sozdaet-vaktsinu-ot-koronavirusa-iz-rasteniya/ 12. Can PLANT extract protect you against COVID-19? Clinical trial begins for vaccine made from tobacco shrubs // https://www.dailymail.co.uk/health/article-9492975/Can-PLANT-extract-protect-against-COVID- Clinical-trial-begins-vaccine-tobacco-shrub.html 13. В Канаде создали вакцину от коронавируса на основе табака // https://www.for.kg/news-698321- ru.html 14. В Таиланде создали вакцину от COVID-19 из листьев табака // https://covid.obozrevatel.com/v- tailande-sozdali-vaktsinu-ot-covid-19-iz-listev-tabaka.htm 15. A Study to Evaluate Safety, Tolerability, and Reactogenicity of an RBD-Fc-based Vaccine to Prevent COVID- 19 // https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04953078 16. Азербайджанский ученый разработал вакцину от COVID на основе листьев табака // https://www.trtrussian.com/novosti-azerbaydzhan/azerbajdzhanskij-uchenyj-razrabotal-vakcinu-ot-covid- na-osnove-listev-tabaka-5986175 17

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.