Двухкомпонентная мРНК-вакцина от SARS-CoV-2 требует в 40 раз меньшей дозировки, чем стандартная

Вакцинация служит наиболее эффективной стратегией предотвращения тяжелых симптомов и смерти от COVID-19 — инфекции, вызванной вирусом SARS-CoV-2. Однако вирус постоянно эволюционирует, и вакцины первого поколения, созданные на основе S-белка предковой линии SARS-CoV-2, давали низкий иммунный ответ на новые варианты вируса. Появление мРНК-вакцин стало важным прорывом в борьбе с COVID-19 — такие вакцины можно быстрее обновлять для защиты от новых вариантов SARS-CoV-2. Однако даже такой адаптивности, по-видимому, недостаточно — эффективность ревакцинации мРНК, кодирующими S-белок новых вариантов SARS-CoV-2, оказывается ниже ожидаемой. «Вирус изменяется и меняет правила по ходу игры, а на обновление вакцины требуется некоторое время», — поясняет доктор Суреш Кучипуди, заведующий кафедрой инфекционных заболеваний и микробиологии в Школе общественного здравоохранения Питтсбургского университета. Группа под его руководством создала новый вариант вакцины, основанный на трансамплифицирующейся мРНК (ТА-мРНК-вакцина).

Трансамплифицирующиеся мРНК-вакцины состоят из двух отдельных мРНК: одна кодирует репликазу (вирусную РНК-зависимую РНК-полимеразу), а другая — целевой антиген. Амплификация мРНК, кодирующей антиген, повышает эффективность вакцины, а вынесение гена репликазы в отдельную мРНК позволяет обойти ограничения самореплицирующихся мРНК-вакцин — они состоят из одного длинного конструкта, поэтому их трудно производить и невозможно мультиплексировать.

Авторы статьи разработали ТА-мРНК-вакцину на основе консенсусной последовательности S-белка SARS-CoV-2 — эта стратегия выбора антигена уже доказала перспективность для других вирусов, в том числе вирусе гриппа и ВИЧ.

Консенсусную последовательность S-белка SARS-CoV-2 ученые определили путем множественного выравнивания девяти вариантов вируса. Они выявили среди ранних вариантов вируса cходство последовательностей около 98%; у более поздних вариантов омикрон аминокислотная вариация была больше — сходство составило 96–97%.

Структура консенсусного S-белка SARS-CoV-2, предсказанная с помощью AlphaFold 3, демонстрировала высокое сходство с известной структурой S-белка из Protein Data Bank. Сравнительный анализ выявил шесть отличающихся аминокислот, большинство из которых были расположены в домене связывания рецептора. Несколько замен обнаружилось также в сайтах расщепления. Чтобы консенсусный S-белок оставался стабильным до момента слияния с клеткой, авторы внесли в него дополнительные мутации. Среди таких изменений — замены в сайте расщепления, а также в участках, отвечающих за стабильность и функцию белка.

Для амплификации вакцины авторы выбрали репликазу венесуэльского лошадиного энцефалита (VEEV). Проверяли разработку на человеческой клеточной линии A549 — клетки трансфицировали мРНК, кодирующей репликазу и консенсусный S-белок SARS-CoV-2, а затем анализировали клеточные лизаты. Вестерн-блот выявил как полноразмерный S-белок, так и его расщепленные формы, а также репликазу. Экспрессия контрольных белков не изменилась. Сравнение экспрессии через 4 и 12 часов после трансфекции показало, что количество S-белка увеличивается со временем — это свидетельствует о стабильности и эффективности вакцины.

Затем разработку испытали на трансгенных мышах, экспрессирующих человеческий рецептор ACE2 — основную мишень вируса для проникновения в клетки. Одной группе животных вводили вакцину на основе мРНК консенсусного S-белка, двум другим — разные дозировки трансамплифицирующейся вакцины. При этом доза стандартной вакцины содержала 20 мкг мРНК, тогда как в составе ТА-вакцины вводили 0,5 и 0,05 мкг мРНК S-белка. Логарифмированные значения титра нейтрализующих антител после вакцинации остались сопоставимы в группе высокой дозы ТА-вакцины (0,5 мкг) и в группе стандартной мРНК-вакцины — 6,82 и 7,32, соответственно; после ТА-вакцины в дозе 0,05 мкг они оказались ниже. При этом ТА-вакцина в высокой и низкой дозе вызвала широкий перекрестный нейтрализующий ответ против исходного штамма B.1 и вариантов альфа, бета, гамма, дельта и омикрон BA.1. Защитный эффект вакцины подтвердился и в опытах с заражением мышей разными штаммами SARS-CoV-2 BA.1 — TA-мРНК-вакцина снижала вирусную нагрузку у животных, однако достаточный эффект достигался только в высокой дозе.

Подходящей дозировкой авторы сочли 0,5 мкг мРНК S-белка — эта дозировка в 40 раз меньше, чем для стандартной мРНК-вакцины, но позволяет добиться сопоставимого иммунного ответа. Таким образом, ТА-мРНК-вакцина позволяет сильно уменьшить количество необходимой антигенной мРНК, что может снизить стоимость производства вакцины и повысить ее безопасность. Дополнительная безопасность обеспечивается тем, что в трансамплифицирующей конструкции репликаза VEEV не реплицирует саму себя.

Авторы уточняют, что они пока не анализировали роль модифицированных нуклеозидов — значимого компонента современных мРНК-вакцин, снижающего воспаление и реактогенность, — а также систем доставки. Анализ базового иммуногенеза ТА-платформы, проведенный в данной работе, ограничивает прямое сравнение с клиническими вакцинами, использующими, как правило, липидные наночастицы.

В целом работа демонстрирует, что трансамплифицирующаяся мРНК-вакцина на основе консенсусного S-белка SARS-CoV-2 — это перспективный подход для борьбы с распространением эволюционирующих вариантов вируса. Она нейтрализует широкий спектр вариантов вируса, в том числе опасные штаммы, а главным преимуществом становится возможность использовать значительно меньшие дозы мРНК, сохраняя при этом эффективность — это повышает безопасность вакцины и экономичность ее производства.

Назальная вакцина останавливает распространение SARS-CoV-2 лучше, чем мРНК-вакцина 

Некоторые наивные антитела человека распознают вирусы высокопатогенного гриппа птиц