Связывая бактериальные полисахариды с белками-носителями, конъюгированные вакцины превращают слабые антигены в триггеры устойчивого Т-клеточно-зависимого иммунитета.
Обычные капсульные полисахаридные вакцины (КПВ) против инфекционных заболеваний, появившиеся в 1970-х годах, вызывают ограниченный иммунный ответ, особенно у детей в возрасте до двух лет. В 1980-х годах ученые преодолели эти ограничения, впервые объединив КПВ и конъюгацию белков, создав конъюгированные вакцины, которые вызывают устойчивый иммунологический ответ. В этой статье мы рассмотрим, как ученые разрабатывают технологии конъюгированных вакцин, превращая полисахаридные антигены в Т-клеточно-зависимые триггеры, которые произвели революцию в защите детей от инкапсулированных бактерий и других патогенов.
Конъюгированные вакцины состоят из бактериальных полисахаридных антигенов, ковалентно связанных с белковыми носителями, что обеспечивает Т-клеточно-зависимые иммунные реакции, которые индуцируют высокоаффинные антитела и иммунологическую память. Распространенные примеры включают вакцину против гемофильной инфекции типа В (Hib), пневмококковые конъюгированные вакцины и менингококковые конъюгированные вакцины, которые помогают защитить от бактериальных инфекций вызывающих менингит и пневмонию, а также другие инфекционные заболевания.
Исследователи разработали конъюгированные вакцины, ковалентно связав КПВ с белковым носителем, создав иммуногенный конъюгат, также называемый гликоконъюгатом. Конъюгированные вакцины против Hib обычно изготавливаются из полисахаридной капсулы бактерии Hib и модифицированных белков, выделенных из других бактерий. В отличие от вакцин, содержащих только КПВ, которые не обрабатываются для презентации антигена молекулами II класса основного комплекса гистосовместимости В-клеток (MHCII), мембраносвязанные рецепторы В-клеток связываются с полисахаридным компонентом конъюгированной вакцины, ассимилируют весь конъюгат и обрабатывают его для презентации антигена Т-клеткам.
Презентация MHCII В-клетками активирует Т-клеточно-зависимый ответ, который обеспечивает костимуляцию и цитокиновую поддержку, стимулирующую пролиферацию В-клеток, формирование герминальных центров и переключение изотипов. В результате В-клетки подвергаются аффинному созреванию, продуцируя высокочувствительные антитела IgG и образуя долгоживущие плазматические и В-клетки памяти. Иммуногенность конъюгированной вакцины зависит от качества и количества различных полисахаридов и выбранного белка-носителя. Ученые выбирают белки-носители для поддержания эффективности вакцины, основываясь на способности носителя выполнять следующие функции:
- индуцировать сильную реакцию Т-хелперных клеток;
- минимизировать взаимодействие с другими вакцинами, называемое индуцированной носительством супрессией эпитопов (CIES);
- быть толерантным к добавлению множества различных полисахаридов.
Недавние исследования показывают, что некоторые CD4+ Т-клетки могут напрямую распознавать гликопептидные фрагменты или углеводы, а не только белковые пептиды-носители. Исследователи предположили, что углеводно-специфичные CD4+ хелперные Т-клетки (Tcarb) могут распознавать участки полисахаридной цепи, которые остаются связанными с пептидами белка-носителя после обработки и, таким образом, являются частью презентации молекул MHCII. Это означает, что различные конъюгированные вакцины могут по-разному презентировать пептидные или гликопептидные антигены, что подчеркивает разнообразие реакций Т-клеток.
Также важна способность белка-носителя функционировать на различных производственных платформах. Некоторые носители более совместимы с современными биоинженерными подходами, используемыми при рекомбинантном или бесклеточном производстве. Современные производственные платформы позволяют создавать точные и масштабируемые гликоконъюгаты. Традиционное производство конъюгированных вакцин предполагает выделение капсульных полисахаридов из патогенов и химическое связывание их с белками-носителями. Этот многоступенчатый процесс требует тщательной очистки для удаления эндотоксинов и проверки целостности конъюгата. Несмотря на свою эффективность, эти методы являются дорогостоящими, подвержены изменениям от партии к партии и сложны в масштабировании.
Чтобы удовлетворить мировой спрос и снизить затраты, исследователи используют биоинженерию для упрощения производства гликоконъюгатов. Платформы для биообработки, такие как технология связывания протеин-гликанов (PGCT), упрощают производство, позволяя экспрессировать рекомбинантные гликоконъюгаты в модифицированной E. coli. Этот подход включает в себя трансфекцию бактерий тремя ключевыми плазмидами, которые кодируют:
- белок-носитель, экспрессирующий мотив гликозилирования,
- бактериальный биосинтез полисахаридов,
- фермент олигосахарилтрансферазу (обычно C. jejuni PglB), который катализирует перенос собранного гликана на белок-носитель.
Бесклеточные или синтетические системы, такие как платформа in vitro conjugate vaccine expression (iVAX), обладают ключевыми преимуществами: они термостабильны при хранении в условиях окружающей среды, совместимы с несколькими парами носитель-гликан, сводят к минимуму содержание эндотоксинов и поддерживают масштабируемое портативное производство. Исследователи разработали платформу iVAX таким образом, чтобы врачи могли проводить регидратацию лиофилизированных лизатов в месте оказания медицинской помощи для получения клинически значимых доз конъюгированной вакцины в течение часа.
Схемы введения конъюгированных вакцин различаются в зависимости от возраста реципиента и имеют решающее значение для формирования качественного иммунного ответа. При введении в раннем возрасте конъюгированные вакцины стимулируют иммунную систему к выработке В-клеток памяти, которые вырабатывают устойчивые вторичные реакции при последующем воздействии или повторной вакцинации. Эти реакции памяти могут сохраняться в течение многих лет, формируя основу для долговременной защиты. Время введения дополнительных доз влияет на величину и долговечность выработки В-клеток памяти, особенно у маленьких детей, у которых реакции герминального центра продолжают развиваться после первоначального введения.
Помимо индивидуальной защиты, конъюгированные вакцины снижают колонизацию носоглотки целевыми бактериями, ограничивая передачу инфекции и способствуя укреплению коллективного иммунитета. Исследователи зафиксировали влияние коллективного иммунитета на Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae и Neisseria meningitidis, при этом значительно снижается передача инфекции, что снижает заболеваемость как среди вакцинированных, так и среди непривитых групп населения.
Повторное использование одного и того же белка—носителя в нескольких вакцинах может снизить иммунный ответ на вновь вводимые полисахаридные компоненты - явление, известное как индуцированная носителем супрессия эпитопа. Эта проблема вызвала интерес к разработке новых или альтернативных носителей для поддержания эффективности вакцины во все более сложных схемах иммунизации.
Конъюгированные вакцины остаются краеугольным камнем современной вакцинологии благодаря их способности вызывать устойчивый и продолжительный защитный иммунный ответ у разных возрастных групп. Этот механизм превращает слабоиммуногенный полисахарид в высокоиммуногенный антиген, способный вызывать длительный защитный иммунитет. Постоянное изучение механизмов, в частности путей презентации антигенов, альтернативных агентов-переносчиков и возрастной динамики иммунитета, будет и впредь способствовать совершенствованию стратегий разработки вакцин и их применения.
