Сравнительная характеристика существующих платформ для создания вакцин против опасных и особо опасных вирусных инфекций, обладающих пандемическим потенциалом

Спонтанное появление более вирулентных для человека штаммов возбудителей инфекционных заболеваний, способствующих трансмиссии патогенных микроорганизмов изменения окружающей среды, социально-экономические факторы, возрастание уровня контактов между различными регионами являются основными причинами возникновения новых инфекционных заболеваний, в том числе обладающих пандемическим потенциалом. Для успешной борьбы с пандемией необходимо проведение массовой вакцинации против соответствующей нозологической формы инфекции, направленной на активное формирование коллективного иммунитета, в основе которого лежит непрямая защита человеческой популяции в целом, при иммунизации определенной ее части. Обоснованный выбор платформы для разработки вакцины является важным звеном решения данной задачи. Цель работы — сравнительная характеристика платформ для создания вакцин (аттенуированных, инактивированных, субъединичных, векторных рекомбинантных вакцин, ДНК- и РНК-вакцин), предназначенных для проведения массовой иммунизации против опасных и особо опасных вирусных инфекций, обладающих пандемическим потенциалом. В качестве возможных возбудителей таких инфекций рассмотрены представители семейств Poxviridae, Orthomyxoviridae и Coronaviridae. Проведено сравнение платформ для создания вакцин по следующим показателям: возможность формирования полноценного иммунного ответа; защитная эффективность; время, необходимое для проведения разработки и испытания вакцин; возможность производства объемов вакцины, необходимых для проведения массовой иммунизации; возможные препятствия при использовании вакцин по целевому назначению. Предполагается, что в ближайшие десятилетия приоритетными вакцинными платформами для создания защитных препаратов против опасных и особо опасных вирусных инфекций с пандемическим потенциалом, независимо от таксономической принадлежности их возбудителей, станут ДНК- или РНК-вакцины.

1. Львов ДК, Альховский СВ, Колобухина ЛВ, Бурцева ЕИ. Этиология эпидемической вспышки COVID-19 в г. Ухань (провинция Хубэй, Китайская Народная Республика), ассоциированной с вирусом 2019-nCoV (Nidivirales, Coronaviridae, Coronavirinae, Betacoronavirus, подрод Sarbecoronavirus): уроки эпидемии SARS-CoV. Вопросы вирусологии. 2020;65(1):6–15. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-6-15

2. Taubenberger JK, Kash JC, Morens DM. The 1918 influenza pandemic: 100 years of questions answered and unanswered. Sci Transl Med. 2019;11(502);eaau5485. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aau5485

3. Ижуткин ВС, Семин ПН. Программная реализация математических моделей распространения эпидемий. Международный журнал экспериментального образования. 2015;(2-1):32–3.

4. Holme P, Masuda N. The basic reproductive number as a predictor for epidemic outbreaks in temporal networks. PloS One. 2015;10(3):e0120567. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0120567

5. Gouglas D, Christodoulou M, Plotkin SA, Hatchett R. CEPI: Driving progress toward epidemic preparedness and response. Epidemiol Rev. 2019;41(1):28–33. https://doi.org/10.1093/epirev/mxz012

6. Щелкунов СН, Щелкунова ГА. Нужно быть готовыми к возврату оспы. Вопросы вирусологии. 2019;64(5):206–14. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2019-64-5-206-214

7. Iwasaki A, Omer SB. Why and how vaccines work. Cell. 2020;183(2):290–5. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.040

8. Calina D, Docea AO, Petrakis D, Egorov AM, Ishmukhame tov AA, Gabibov AG, et al. Towards effective COVID-19 vaccines: updates, perspectives and challenges (review). Int J Mol Med. 2020;46:3–16. https://doi.org/10.3892/ijmm.2020.4596

9. Ройт А, Бростофф Дж, Мейл Д. Иммунология. Пер с англ. М.: Мир; 2000.

10. Лашкевич ВА. История создания в 1959 г. живой вакцины из аттенуированных штаммов А. Сэбина и идея искоренения полиомиелита. Вопросы вирусологии. 2013;58(1):4–10.

11. Behbehani AM. The smallpox story: life and death of an old disease. Microbiol Rev. 1983;47(4):455–509. https://doi.org/10.1128/mr.47.4.455-509.1983

12. Ou X, Liu Y, Lei X, Li P, Mi D, Ren L, et al. Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2 on virus entry and its immune cross-reactivity with SARS-CoV. Nat Commun. 2020;11:1620. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15562-9

13. Coutard B, Valle C, de Lamballerie X, Canard B, Seidah NG, Decroly E. The spike glycoprotein of the new coronavirus 2019-nCoV contains a furin-like cleavage site absent in CoV of the same clade. Antiviral Res. 2020;176:104742. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2020.104742

14. Wan Y, Shang J, Graham R, Baric RS, Li F. Receptor recognition by the novel coronavirus from Wuhan: an analysis based on decade-long structural studies of SARS coronavirus. J Virol. 2020;94(7):e00127-20. https://doi.org/10.1128/JVI.00127-20

15. Tai W, He L, Zhang X, Pu J, Voronin D, Jiang S, et al. Characterization of the receptor-binding domain (RBD) of 2019 novel coronavirus: implication for development of RBD protein as a viral attachment inhibitor and vaccine. Cell Mol Immunol. 2020;17(6):613–20. https://doi.org/10.1038/s41423-020-0400-4

16. Masters PS. The molecular biology of coronaviruses. Adv Virus Res. 2006;66:193–292. https://doi.org/10.1016/S0065-3527(06)66005-3

17. Khattari Z, Brotons G, Akkawi M, Arbely E, Arkin IT, Salditt T. SARS coronavirus E protein in phospholipid bilayers: an X-ray study. Biophys J. 2006;90(6):2038–50. https://doi.org/10.1529/biophysj.105.072892

18. Kuo L, Hurst KR, Masters PS. Exceptional flexibility in the sequence requirements for coronavirus small envelope protein function. J Virol. 2007;81(5):2249–62. https://doi.org/10.1128/JVI.01577-06

19. Forster P, Forster L, Renfrew C, Forster M. Phylogenetic network analysis of SARS-CoV-2 genomes. Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117(17):9241–3. https://doi.org/10.1073/pnas.2004999117

20. Siu YL, Teoh KT, Lo J, Chan CM, Kien F, Escriou N, et al. The M, E, and N structural proteins of the severe acute respiratory syndrome coronavirus are required for efficient assembly, trafficking, and release of virus-like particles. J Virol. 2008;82(22):11318–30. https://doi.org/10.1128/JVI.01052-08

21. Fan K, Wei P, Feng Q, Chen S, Huang C, Ma L, et al. Biosynthesis, purification, and substrate specificity of severe acute respiratory syndrome coronavirus 3C-like proteinase. J Biol Chem. 2004;279(3):1637–42. https://doi.org/10.1074/jbc.M310875200

22. Calisher C, Carroll D, Colwell R, Corley RB, Daszak P, Drosten C, et al. Statement in support of the scientists, public health professionals, and medical professionals of China combatting COVID-19. Lancet. 2020;395(10226):е42–3. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30418-9

23. Khoury DS, Cromer D, Reynaldi A, Schlub TE, Wheatley AK, Juno JA, et al. Neutralizing antibody levels are highly predictive of immune protection from symptomatic SARS-CoV-2 infection. Nat Med. 2021;27(7):1205–11. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01377-8

24. Heath PT, Galiza EP, Baxter DN, Boffito M, Browne D, Burns F, et al. Safety and efficacy of NVX-CoV2373 Covid-19 vaccine. N Engl J Med. 2021;385:1172–83. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2107659

25. Callaway E, Mallapaty S. Novavax offers first evidence that COVID vaccines protect people against variants. Nature. 2021;590(7844):17. https://doi.org/10.1038/d41586-021-00268-9

26. Pollet J, Chen WH, Strych U. Recombinant protein vaccines, a proven approach against coronavirus pandemics. Adv Drug Deliv Rev. 2021;170:71–82. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.01.001

27. Kaur SP, Gupta V. COVID-19 vaccine: a comprehensive status report. Virus Res. 2020;288:198114. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2020.198114

28. Callaway E. The race for coronavirus vaccines: a graphical guide. Nature. 2020;580: 576–7. https://doi.org/10.1038/d41586-020-01221-y

29. Bull JJ, Nuismer SL, Antia R. Recombinant vector vaccine evolution. PLoS Comput Biol. 2019;15(7):e1006857. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006857

30. Triggle CR, Bansal D, Ding H, Islam MM, Farag EABA, Hadi HA, Sultan AA. A comprehensive review of viral characteristics, transmission, pathophysiology, immune response, and management of SARS-CoV-2 and COVID-19 as a basis for controlling the pandemic. Front Immunol. 2021;12:631139. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.631139

31. Volpers C, Kochanek S. Adenoviral vectors for gene transfer and therapy. J Gene Med. 2004;6(Suppl 1):S164–71. https://doi.org/10.1002/jgm.496

32. Tatsis N, Ertl HCJ. Adenoviruses as vaccine vectors. Mol Ther. 2004;10(4):616–29. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2004.07.013

33. Afkhami S, Yao Y, Xing Z. Methods and clinical development of adenovirus-vectored vaccines against mucosal pathogens. Mol Ther Methods Clin Dev. 2016;3:16030. https://doi.org/10.1038/mtm.2016.30

34. Logunov DY, Dolzhikova IV, Zubkova OV, Tukhvatulin AI, Shcheblyakov DV, Dzharullaeva AS, et al. Safety and immunogenicity of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine in two formulations: two open, non-randomised phase 1/2 studies from Russia. Lancet. 2020;396(10255):887–97. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)31866-3

35. Должикова ИВ, Токарская ЕА, Джаруллаева АШ, Тухватулин АИ, Щебляков ДВ, Воронина ОЛ и др. Векторные вакцины против болезни, вызванной вирусом Эбола. Acta Naturae. 2017;9(3):4–12.

36. Ковыршина АВ, Должикова ИВ, Гроусова ДМ, Балясин МВ, Ботиков АГ, Панина ЛВ и др. Комбинированная векторная вакцина для профилактики ближневосточного респираторного синдрома индуцирует формирование длительного протективного иммунного ответа к коронавирусу БВРС-КоВ. Иммунология. 2020;41(2):135–43. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2020-41-2-135-143

37. Logunov DY, Dolzhikova IV, Shcheblyakov DV, Tukhvatulin AI, Zubkova OV, Dzharullaeva AS, et al. Safety and efficacy of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine: an interim analysis of a randomised controlled phase 3 trial in Russia. Lancet. 2021;397(10275):671–81. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00234-8

38. Voysey M, Clemens SAC, Madhi SA, Weckx LY, Folegatti PM, Aley PK, et al. Safety and efficacy of the ChAdOx1 nCoV-19 vaccine (AZD1222) against SARS-CoV-2: an interim analysis of four randomised controlled trials in Brazil, South Africa, and the UK. Lancet. 2021;397(10269):99–111. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)32661-1

39. Thompson MG, Burgess JL, Naleway AL, Tyner HL, Yoon SK, Meece J, et al. Interim estimates of vaccine effectiveness of BNT162b2 and mRNA-1273 COVID-19 vaccines in preventing SARS-CoV-2 infection among health care personnel, first responders, and other essential and frontline workers — eight U.S. Locations, December 2020–March 2021. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2021;70(13):495–500. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7013e3

40. Cui Z. DNA vaccine. Adv Genet. 2005;54:257–89. https://doi.org/10.1016/S0065-2660(05)54011-2

41. Liu MA. A comparison of plasmid DNA and mRNA as vaccine technologies. Vaccines. 2019;7(2):37. https://doi.org/10.3390/vaccines7020037