Самоуничтожающиеся штаммы микобактерий повысили безопасность БЦЖ-вакцины

Бациллы Кальметта-Герена — это штамм Mycobacterium bovis, родственных возбудителю туберкулеза. В результате ослабления путем многократных пересевов этот штамм стал основой всем известной противотуберкулезной вакцины БЦЖ и до сих пор остается единственным одобренным для применения на людях вакцинным штаммом микобактерий. Введение живых ослабленных (аттенуированных) M. bovis внутривенно или через бронхи обеспечивает надежную защиту от M. tuberculosis. Кроме того, внутрипузырное введение БЦЖ является наиболее успешным методом иммунотерапии рака мочевого пузыря. Однако их применение по-прежнему может вызвать тяжелые и даже фатальные осложнения.

Стремясь усовершенствовать существующие стратегии вакцинации против туберкулеза, ученые из США создали более безопасные штаммы M. bovis, которые можно использовать при нестандартных способах доставки и в более высоких дозах. Результаты их работы опубликованы в Nature Microbiology.

Чтобы встроить в бактерий «аварийный выключатель» (авторы сами называют предложенную систему kill-switch), исследователи воспользовались оружием естественных врагов микобактерий — паразитирующих на них бактериофагов. Они уничтожают бактериальные клетки путем их лизиса, выделяя специальные литические ферменты, такие как лизины. Авторы внедрили в M. bovis опероны микобактериофгов D29 и L5, кодирующие лизины А и B, так, чтобы введение ангидротетрациклина или доксициклина запускало экспрессию этих лизинов. Соответственно, штаммы назвали BCG-TetON-D29L и BCG-TetON-L5L. Как и ожидалось, добавление ангидротетрациклина предотвращало рост и вызывало гибель M. bovis, несущих обе конструкции. При этом оптическая плотность бактериальных культур BCG-TetON-D29L и BCG-TetON-L5L (BCG-TetON-DL) быстро снижалась, что указывает на гибель клеток именно в результате лизиса. Как показали дальнейшие исследования, это способствует большей продукции воспалительных цитокинов (TNF, IL-12 и IL-6), усиливая иммунный ответ по сравнению с обычной БЦЖ. Аналогичным образом с помощью лизиновых оперонов микобактериофагов ученые сконструировали генноинженерные штаммы BCG-TetOFF-DL, которые, напротив, требуют для роста присутствия ангидротетрациклина, и нежизнеспособны в его отсутствие.

Внутривенное введение BCG-TetON-DL мышам вызывало инфекцию легких и селезенки так же, как и обычные M. bovis. Лечение доксициклином приводило к гибели BCG-TetON-DL, но не оказывало значительного влияния на M. bovis дикого типа. Вызванная BCG-TetOFF-DL инфекция легких мышей в присутствии доксициклина была сведена на нет спустя 6 недель после его отмены. Дополнительно безопасность BCG-TetOFF-DL подтвердили, заразив иммунодефицитных мышей, у которых процесс выведения микробактерий из легких занял немного больше времени. Так ученые удостоверились в безопасности созданных ими штаммов микобактрий.

Заразив невакцинированных и вакцинированных мышей M. tuberculosis (штамм H37Rv) путем аэрозольной инфекции, ученые показали, что модифицированные штаммы M. bovis вызывали у мышей иммунный ответ и обеспечили такую же защиту от патогена, как и штамм дикого типа. Иными словами, BCG-TetON-DL и BCG-TetOFF-DL защищают мышей от туберкулеза наравне с БЦЖ, но при этом быстрее выводятся из организма.

У макак при внутривенном введении BCG-TetOFF-DL помимо инфильтрации CD8⁺ T-клеток в легких наблюдался более мощный CD4⁺ Т-клеточный иммунный ответ по сравнению с M. bovis дикого типа, что позволяет говорить об обеспечении надежной защиты от M. tuberculosis. Это подтвердилось и при инфицировании макак туберкулезной палочкой — у вакцинированных животных наблюдалось значительно меньше случаев поражения грудных лимфоузлов, чем у невакцинированных, то есть инфекция намного меньше распространялась за пределы легких. Бактериальная нагрузка в тканях, оцененная после вскрытия, была немного снижена при вакцинации BCG-TetOFF-DL, чем при вакцинации БЦЖ. Прекращение лечения доксициклином постепенно снижало количество BCG-TetOFF-DL в организме животных вплоть до полного исчезновения колониеобразующих единиц (c.f.u.) у некоторых макак.

Таким образом, из вакцинного штамма M. bovis (БЦЖ) были получены два усовершенствованных и более безопасных штамма микобактерий, которые можно использовать в более высоких дозах и при нестандартных методах доставки, например, внутривенном введении. «Хотя идея внутривенной вакцинации живой вакциной может показаться пугающей, она оказалась очень эффективной в наших предыдущих исследованиях на нечеловекообразных приматах. Здесь мы сосредоточились на аспекте безопасности внутривенной вакцинации и использовали штамм микобактерий, который убивает сам себя после введения животным. К нашему удивлению, он обеспечивал равноценную или чуть лучшую защиту обезьян от инфекции по сравнению с обычной противотуберкулезной вакциной, формируя стерилизующий стерильный иммунитет почти у всех животных, — комментирует доктор Джоанна Флинн, заведующая кафедрой микробиологии и молекулярной генетики Питтсбургского университета (ранее коллектив с ее участием показал на макаках, что БЦЖ можно применять при иммунодефиците). — Живым аттенуированным микобактериям не требуется жить очень долго, чтобы обеспечить надежную защиту, и при использовании этого штамма практически нет риска заразиться от вакцины, даже у носителя с ослабленным иммунитетом».