«Карико и Вайсман получили Нобелевскую премию не за изобретение мРНК-вакцин (потому что это сделал я), а за добавление псевдоуридина… эта технология могла бы быть эффективной платформой для вакцин, если бы она была безопасно реализована. Полезно это знать», — написал в своем твиттере американский ученый и один из самых медийных и скандальных критиков безопасности пандемийных вакцин Роберт У. Мэлоун.

Мэлоун называет себя автором технологии РНК-вакцин, что, конечно, некоторое преувеличение. У подобных технологий в современном мире науки десятки только ключевых авторов. Но он и вправду в 1989 году вместе с соавторами догадался использовать липидные капельки для доставки РНК в живые клетки с целью создания лекарств, и подобный метод как раз используется в РНК-вакцинах.

Нобелевские лауреаты уже знали способы доставки генетического материала в форме кодирующей РНК в клетку. Их патенты и работы, на которые ссылается Нобелевский комитет, изначально не предполагали именно производства вакцин и были направлены на создание препаратов для генной терапии. Они решали другую проблему — как чужеродная искусственная РНК будет работать, не вызывая внутриклеточного иммунного ответа.

«Есть некоторая ирония судьбы в том, что нобелевские лауреаты изучали, как работает клеточный иммунитет и как обойти его, чтобы создать неотторгаемые иммунной системой лекарства для генной терапии, но в случае вакцины как раз используется иммунный ответ, воспаление, оно-то и нужно, чтобы возник иммунитет», — говорит Павел Волчков.

Эти замечания нисколько не умаляют научного и практического значения работ нобелиатов, но побуждают внимательнее обсудить научную и корпоративную историю их открытия. Тем более что нобелевский успех открывает еще более широкую дорогу для будущего развития РНК-технологий на развернутых в пандемию корпорациями Pfizer/BioNTech и Moderna мощностях, которые они вряд ли сочтут рациональным сворачивать. Поэтому важно трезво и без политических спекуляций с любой стороны понимать степень зрелости и границы использования этой технологии, впервые и сразу на миллиардах человек примененной в пандемию, а также то, каким будет следующий шаг ее развития.

Нобелевский успех открывает еще более широкую дорогу для будущего развития РНК-технологий на мощностях, развернутых в пандемию корпорациями Pfizer/BioNTech и Moderna

Научный смысл

«Впервые я увидел Дрю Вайсмана году в 2015 на конференции Американского общества клеточной и генной терапии, — рассказывает профессор Университета Северной Каролины вирусолог Валерий Грдзелишвили. — Я подошел к табличке “Генная терапия мРНК”, мне было интересно, я занимаюсь РНК-вирусами. Вайсман показывал, что РНК можно доставить в живую клетку и она будет там работать. Я был в шоке, не мог поверить. Я спросил у своих коллег, никто тогда еще не знал, что подобная РНК-технология все-таки возможна».

Метод, который открыли Каталин Карико и Дрю Вайсман был с точки зрения опыта молекулярных генетиков и вирусологов настолько прямолинейным, что почти гениальным — как если бы множество опытных инженеров на протяжении десятков лет пытались починить тонкий прибор разными хитрыми методами, а тут приходит новичок, бьет по крышке, и все распрекрасно работает.

Гены, как известно, записаны в молекуле ДНК, полный текст генома есть в каждой клетке нашего тела. В каждой клетке гены одинаковые (с точностью до небольшого количества мутаций, накопленных за время жизни), но сами клетки разные: в мозге одни, в печени — другие. То, как работает клетка, зависит не только от «твердой копии» генов в ДНК, но и от того, какие из этих генов сейчас работают, читаются. Активные в данный момент гены копируются в РНК, похожую, но чуть отличающуюся от ДНК молекулу. РНК, которые содержат текст генов, называют матричными, или мРНК; собственно, они играют главную роль в технологии нобелиатов. (Вообще, РНК в живой клетке выполняют много разных ролей, по самой распространенной сейчас гипотезе сама жизнь на планете началась с саморазмножающихся РНК).

Процесс создания копии генов называется транскрипцией и происходит в ядре клетки. Далее мРНК выходит из ядра, мигрирует в цитоплазму и там на специальных молекулярных «фабриках», рибосомах, по тексту генов происходит трансляция — создание белков, из которых в основном и состоит жизнь и которые выполняют большинство известных функций живой клетки, в том числе обеспечивают и регулируют трансляцию и транскрипцию. В этом, если коротко, «центральная догма молекулярной биологии», которая была сформулированная еще в 1958 году Френсисом Криком.

С тех пор этот механизм уточнялся и детализировался. Например, выяснилось, что в сложных организмах (в отличие от бактерий) РНК, перед тем как стать матрицей для белка, многократно обрабатывается: вырезаются лишние куски текста (сплайсинг), навешивается кэп — химически обрабатываются концы длинной молекулы, прикрепляется бессмысленный, но важный для регуляции текст, состоящий из букв А, происходят разные химические модификации, например метилирование.

Сложные процессы на пути от гена к белку в клетках человека и животных делает задачу их перепрограммирования сложной: невозможно так легко, как в бактериальную клетку, ввести ген и заставить его работать. Биотехнологии животных клеток даже в лабораторной чашке очень непросты, не говоря уже манипуляциях с клеточными программами внутри организма. Если бы эта задача была решена, многие болезни, в том числе генетические, можно было бы эффективно лечить.

Например, одной из первых разрабатываемых идей компании Moderna было внедрение факторов роста к клетке кровеносных сосудов пациентам с ишемией миокарда, что теоретически могло привести к регенерации, восстановлению сосудов и предотвратить инфаркты. Грандиозная задача — решить проблему инфаркта и старения кровеносной системы.

Проблема доставки целительных программ в клетки организма постепенно, но с трудом решается. Возникают, в частности, методы геномного редактирования. Одним из самых понятных «векторов», способов доставки генетической программы в клетку, являются вирусы, в которых вместо собственных болезненных программ методами генетической инженерии внедряются гены, необходимые для лечения. Но у вируса есть понятные сложности: кроме нужного гена все равно приходится использовать целую вирусную машину, пусть и сильно сокращенную. Было бы здорово, если бы можно было просто внести в клетку нужную мРНК, которая сделала бы нужный белок, она бы отработала и исчезла — никаких лишних факторов, никакого рискованного вмешательства в ДНК.

Но так не получалось. «Есть две проблемы, — рассказывает Валерий Грдзелишвили. — Первая — сделать так, чтобы РНК попала в клетку, вторая — чтобы заработала. В том числе те самые липосомы, например липофектамин, я сам использовал с конца 1990-х».

Идея тут вот в чем. Клеточная мембрана — хитрая вещь, она состоит из двух слоев липидов, веществ, у которых есть длинный, жирный, нерастворимый в воде хвост и заряженная, растворимая в воде голова. Поэтому она не пропускает заряженные и большие молекулы, защищая клетку от внешней среды: что попадает внутрь клетки, а что нет, регулируется специальными белковыми каналами. Но если использовать вещества, похожие на саму мембрану, то можно пройти этот барьер. Так устроены лабораторные реагенты для трансфекции, попадания в клетку, типа липофектамина или пузырьки РНК-вакцин.

«Мы можем убедиться, что искусственная РНК находится внутри клетки, ее можно пометить и увидеть по свечению, — говорит Грдзелишвили. — Мы можем убедиться, что она идеально чистая, мы ее подготовили, навесили кэп, цепочку из букв А — все, что нужно, чтобы она была похожа на естественную, но из нее белка не выходит, эффективность мизерная, сколько РНК ни добавляй. При этом вне клетки в лабораторной системе трансляции эта же РНК нарабатывает много белка».

Почему это так? Ответ на это получен благодаря прогрессу в понимании иммунитета в последние десятилетия. Еще сто лет назад главным смертельным врагом человечества были не сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, а инфекции — вирусы и бактерии. Хорошо, если организм уже сталкивался с инфекцией, на него нападают иммунные клетки, они атакуются антителами, которые помнят эту инфекцию и, как только ее обнаруживают, нарабатывают мощный ответ. Проблема в том, что постоянно возникают новые инфекции. И если относительно большую бактерию или тем более паразита можно обнаружить как что-то чужое, то вирусы быстро прячутся внутри клетки. И в базе любого иммунитета — врожденный внутриклеточный иммунитет, он атакует не знакомые вирусы, а вообще подозрительную активность.

Вирусы очень разные, но у них есть одно общее: у всех есть генетический материал в форме РНК или ДНК. Поэтому клетка организма имеет инструменты, чтобы обнаружить и обезвредить подозрительные РНК и ДНК, не какие-то конкретно, а вообще. «Избыточное количество нуклеиновых кислот в цитоплазме опознается специальными молекулярными сенсорами и запускает систему воспаления», — говорит Павел Волчков.

Когда обнаруживается избыток РНК, клетка в первую очередь делает две вещи: останавливает трансляцию (без чего вирус не может работать) и уничтожает всю РНК в цитоплазме, перезагружается. «Это очень умно для клетки, — говорит Валерий Грдзелишвили, — она говорит себе: давай остановимся и порубим всю эту хрень, и свою и чужую РНК, а через восемь часов начнем все заново, как новенькие».

Кроме того, клетки начинают вырабатывать интерферон, который запускает множество клеточных программ, в том числе начинает сигнализировать всем вокруг, что клетка больна, демонстрирует белки цитоплазмы на поверхности, к которым уже в случае развившегося воспаления производятся антитела, а больные клетки самоуничтожаются. Это, собственно, и есть воспаление, из-за этого механизма нас не убивает каждый новый вирус.

Оказалось, что искусственная РНК не работала в клетке, вызывая иммунный ответ. Тем не менее были группы ученых, которые продолжали пробовать использовать РНК в качестве инструмента для терапии. Каталин Карико по приезде из Венгрии в США работала в группе, которая пыталась вызвать продукцию интерферона с помощью РНК. С 1990 года она подавала на гранты с идеей создать РНК-терапию, но не смогла получить финансирование. В интервью которые Карико давала после того, как стала главным лицом РНК-вакцин в период пандемии, она признавалась, что временами хотела все бросить. Но упорство победило. В 1997 году в Пенсильванском университете она познакомилась с Дрю Вайсманом, у которого карьера шла успешно и деньги на исследования были. И в конце концов их посетила научная удача. РНК в контрольном эксперименте, которая была взята из клетки, оказалась чуть другой, чем искусственная. В частности, один из нуклеотидов, букв генетического кода U (уридин) в натуральной РНК была модифицирована, клеточный фермент повернул голову молекулы уридина на 180 градусов (эта «неправильная», но распространенная буква кода называется псевдоуридин). Это не единственная модификация, которая встречается в натуральных РНК. Но именно добавление псевдоуридина, как показано в работах 2005 года, отмеченных Нобелевским комитетом, резко снижает клеточный иммунный ответ.

Скорее всего, модификация РНК расплетает молекулу (РНК обычно собирается в сложный фигурный клубок, и в ряде случаев это важно, но не в случае мРНК), так ее легче читать, и так она не опознается как опасность.

Это оказалось последней каплей для решения задачи маскировки искусственной РНК под настоящую — кэп, А-повтор и — добавление псевдоуридина. «На той конференции я спросил у Вайсмана, действительно ли все так просто, большинство ученых и компаний говорят, что у нас очень сложная и уникальная рецептура, — вспоминает Валерий Грдзелишвили. — Он ответил, что нет, у него все действительно просто, надо всего лишь, чтобы было пять процентов псевдоуридина в уридине».

Это наконец открыло путь для РНК-терапии.

На данном промежутке технология мРНК хороша как платформа для разработки вакцин, но для генной терапии она очень незрелая

Корпоративная история

В 2005 году будущую нобелевскую статью Карико и Вайсман не приняли ведущие журналы Nature и Science, но публикация в несколько менее пафосном Immunity постепенно стала известна. Они создали свою собственную небольшую биотех-компанию RNARx, которая, впрочем, не смогла подняться. Их патент на технологию модификации РНК с целью создания препаратов для генетической терапии выкупила компания Cellscript, а впоследствии перепродала BioNTech и Moderna. Здесь на первый план выходит корпоративная история нового типа лекарств — РНК-препаратов.

В 2010 году гарвардский профессор Деррик Росси с коллегами получил из клеток соединительной ткани человека плюрипотентные стволовые клетки («молодые» клетки, из которых можно сделать любые другие) как раз с помощью модифицированных РНК. Было показано, что РНК-технология очень практична: стволовые клетки — важнейший элемент для разных суперсовременных методов в биологии и медицине. В том же году он вошел в список самых влиятельных людей года журнала Time и на волне успеха основал компанию Moderna.

У Росси в Гарварде в то время работал Павел Волчков, который наблюдал, как из лабораторных открытий рождается многомиллиардный бизнес, и вернулся в Россию, чтобы попробовать создать свой и отечественный. «Мы создавали заделы по тем патентам, которые легли в основу этой компании, в том числе по модифицированным РНК, способам их доставки в организм», — рассказывал он (см. «Поколение генетически неуязвимых», «Эксперт» № 36 за 2021 год).

В лаборатории Росси знали о работах Карико и Вайсмана, но нарабатывали свои решения. «Было опробовано огромное количество разных псевдонуклеотидов, одни оказались более эффективны, другие — менее эффективны, — рассказывает Волчков. — И делалось это тогда отчасти на ощупь, путем скрининга, потому что мы еще до конца не знали, как клетка «видит» чужие РНК и ДНК. Сейчас мы уже хорошо знаем, как работает клеточный иммунный ответ и на что он реагирует».

Несмотря на собственные разработки, патент на открытие Карико и Вайсмана был необходим для финансового успеха во время пандемии — об этом свидетельствует то, что другая часть технологий вакцин Moderna была оспорена в суде на 400 млн долларов.

В США венчурное финансирование модных биотехнологических направлений без шанса быстрого рыночного прорыва не редкость, но настоящий успех и грандиозное финансирование приходит в кооперации с гигантами.

В 2013 году Moderna заключила с AstraZeneca договор на разработку препаратов генной терапии против сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а позже — с Merck & Co. Деррек Росси сейчас занимается несколько более скромными бизнесами в области стволовых клеток, в руководстве компании — представители инвесторов.

У компании еще до пандемии были госконтракты с министерством здравоохранения и минобороны США, в том числе уже не по препаратам генной терапии, путь к которым оказался крайне сложен, а по поводу вакцин. Сайт компании сообщает, что свою первую РНК-вакцину — против гриппа — компания разработала в 2015 году, но на рынок не вывела.

До пандемии у Moderna было 2 млрд венчурных инвестиций и не было торгуемых продуктов. В 2020 году убыток компании составил 747 млн долларов, а в пандемийном 2021-м прибыль превысила 12 млрд.

Немецкая BioNTech тоже была основана учеными — Угуром Шахином и Озлемом Тюречи — на базе их исследований по иммунотерапии рака и привлеченным венчурным инвестициям в размере 150 млн евро. Покупка патента на открытие Карико и Вайсмана и приглашение на работу Карико на должность вице-президента было, как оказалось впоследствии, удачным решением, но компания вела и собственную линию разработок. Исследователи BioNTech в 2017 году опубликовали в Nature громкую статью о разработке персонализированной вакцины против рака на основе РНК и ее довольно успешной клинической апробации на пяти больных меланомой.

Борьба с онкологическими заболеваниями осложнена тем, что каждый вид рака уникален. Но можно, как оказалось, работать и с уникальным заболеванием. Для этого ученые сравнили продукцию белков в раковой и нормальной клетке в поисках отличий, которые могут стать мишенью для иммунной системы, которая должна эти отличия запомнить и предотвратить появление метастазов на ранней стадии их развития. Когда компьютерный анализ выявил, как в детских загадках, десять отличий, они были записаны в виде РНК, кодирующих антигены, специфические для раковых клеток именно этого конкретного пациента, и стали основой вакцины. Технология, понятно, очень дорогая, но красивая.

В 2018 году успешной, но относительно небольшой BioNTech (которая, как и Moderna, успела стать публичной компанией, но еще не вывела продаваемых продуктов на рынок) заинтересовался фармгигант Pfizer и предложил партнерство в разработке вакцины против гриппа. Теоретически это более простая задача, чем генная терапия и персонализированная терапия рака.

В 2014 году Каталин Карико написала в Nature статью «Терапия на основе мРНК: новый класс лекарств», из которых понятно, что на тот момент разработок на стадии доклинических и тем более клинических испытаний почти не было. Статья Дрю Вайсмана в том же авторитетном журнале в 2018 году называлась «РНК-вакцины — новая эра в вакцинологии». В тот момент РНК-вакцины еще никто массово не применял, но к пандемии коронавируса именно Pfizer с разработками BioNTech и Moderna подошли с почти готовой новой технологии вакцин, и к ним потекли миллиардные субсидии на разработку и госзаказы, что вывело РНК-технологии из зоны интересной науки и хронических убытков в зону глобальных рыночных перспектив.

Обе компании сейчас, естественно, заняты тем, что решают, как использовать производственные мощности, а также публичный авторитет и популярность РНК-технологии.

В начале этого года государственный регулятор одобрил в качестве перспективного кандидата на лекарственное средство антираковую вакцину Moderna, одновременно компания заключает контракты на производство вакцин с Китаем.

Но чтобы понять перспективы технологии, следует сделать непредвзятые, насколько это возможно, выводы из опыта пандемийного использования РНК-вакцин.

Пандемия и перспективы технологии

«Пандемия сделала с РНК-технологиями то же самое, что Илон Макс с электромобилями — сделала их популярными, дала рыночные перспективы», — говорит Валерий Грдзелишвили.

При этом даже несмотря на признание Нобелевским комитетом, у вакцин против коронавируса, мягко говоря, не вполне однозначная репутация, и не только в среде «антиваксеров», которые строят нереалистичные гипотезы вроде той, что под видом вакцины вставляли опасный чип. В содержательном основании публичной критики лежит тот факт, что у вакцин (не только РНК-вакцин) эффективность заметно снижалась с каждым новым штаммом, было немало вакцинированных заболевших и умерших. Открытая статистика говорит о том, что тем не менее вакцинированные имели в пандемию меньший шанс умереть. Но статистика работает на всю популяцию, а побочные эффекты, такие как в редких случаях признанные производителями миокардиты (воспаление сердечной мышцы) и другие нарушения сердечно-сосудистой системы, переживаются индивидуально.

Если во время крупных вакцинаций в ХХ веке, например против оспы, иммунизация населения была более или менее принудительной, то в информационный век дискуссия ведется горячо, но иногда бессодержательно, в форме борьбы «теориями заговоров», что мешает трезвой оценке проблемы, в том числе, возможно, и лицами, принимающими решения.

С одной стороны, например, Россия не смогла воспользоваться преимуществом обладания достаточно эффективной вакциной и вакцинировать население до самой смертельной волны, связанной с распространением дельта-штамма, а с другой — в западных странах слишком увлеклись агитацией за многократную вакцинацию, в том числе людей не из зоны риска, например молодых, хотя было очевидно, что РНК-вакцины сильно воздействуют на организм, а времени изучить это воздействие не было.

«Moderna создавалась совершенно не для производства вакцин, а чтобы создать генную терапию, — говорит Павел Волчков. — Для вакцин не нужно полностью избегать иммунного ответа, для обхода которого задумывалось открытие нобелевский лауреатов. При этом на примере РНК-вакцин мы видим, что иммунный ответ очень заметный».

В обычных вакцинах, например, на основе убитого вируса к частицам вируса в раствор для инъекции добавляется еще адъювант — вещество, вызывающее раздражение, которое обычно и провоцирует болезненные эффекты при уколе. Иммунитет может и не заметить убитый вирус, а если он обнаруживает чужеродные частицы в месте воспаления, то понимает их как причину опасности.

В РНК-вакцинах, насколько мы понимаем, адъюванты не использовались, источником воспаления была сама вакцина. В этом смысле опыт пандемии ничего не говорит о возможности генной терапии на основе РНК, применялся более грубый инструмент. И возникает вопрос, что именно делало модифицированную псевдоуридином мРНК таким сильным воспалителем — ее количество, специфика производства и очистки или степень модификации РНК.

«На основе опыта использования РНК-вакцин в пандемию мы понимаем, что примененные препараты вызывают сильный воспалительный и иммунный ответ. На данном промежутке РНК-технология, в общем-то, хороша для вакцин, но не хороша для генной терапии. В качестве технологии генной терапии она очень незрелая. — считает Павел Волчков.

Производители, очевидно, больше опасались того, что вакцина не сработает, чем побочных эффектов, и это понятно: никакая другая вакцина не была доказательно эффективнее РНК-вакцин. Производители вакцин не успевали за мутациями коронавируса, и в итоге эпидемия закончилась доминированием относительно легкого штамма, а не из-за всеобщей вакцинации, что демонстрируют страны, не успевшие в значительной степени вакцинироваться.

Теоретически РНК-вакцины могут быть легко перепрограммированы на новый штамм — достаточно заменить начинку РНК. Но компании отказались от гонки во времени с мутациями коронавируса, предлагая вместо вакцин против новых штаммов (которые были сделаны позже), компенсировать падение эффективности многократной вакцинацией. Скорее всего, трудно менять на ходу большой производственный и общественный процесс, когда очевидно, что вирус будет мутировать и дальше.

«Негативные эффекты чрезмерной ревакцинации, на мой взгляд, очевидны, — говорит Павел Волчков. — В ряде случаев наблюдался неспецифический иммунный ответ на собственные мышечные клетки. Воспаление мышцы, наверное, не так страшно, а вот аутоиммунный ответ на собственные клетки кровеносных сосудов и сердечные мышцы, вызывающие те самые кардиопатии, описанные в ряде публикаций, очевидно гораздо опаснее. Кроме того, в ряде случаев наблюдался аутоиммунный ответ на компонент липидных частиц вакцины полиэтиленгликоль, что тоже небезопасно, он входит в состав многих косметических препаратов», а это значит, что у массы вакцинированных людей есть риск аллергии.

Павел Волчков считает, что если делать выводы из опыта пандемии, то следует планировать более тонкие способы ревакцинации. Сильная, вызывающая мощный иммунный ответ первая вакцина могла бы быть дополнена более мягкими последующими, сделанными на основе технологий, вызывающих более мягкую реакцию, но позволяющую напомнить иммунитету о нужном антигене.

Но целом РНК-технология «очень крутая и спасшая миллионы жизней», — говорит Павел Волчков. Сейчас она на гребне, хотя в ряде аспектов еще не до конца созрела. В любом случае ею нужно владеть хотя бы потому, что ситуация, в которой потенциально жизненно важная технология находится в руках всего двух фармкомпаний, неоптимальна для мира.