Гуманизированные лабораторные животные ускорят исследования

Вирус SARS-CoV-2 приводит к развитию атипичной пневмонии COVID-19 у 20% заразившихся. Болезнь протекает тяжело, а создание лекарств от нее и вакцин против вируса сдерживает отсутствие удобных модельных лабораторных животных, на которых лекарства и вакцины должны пройти доклинические испытания. Такие живые модели — гуманизированные лабораторные мыши — сейчас создаются в Институте биологии гена РАН, и на них начнутся доклинические испытания препаратов и кандидатных вакцин против вируса SARS-CoV-2.

Алексей Дейкин, кандидат биологических наук, Институт биологии гена РАН

Хорек не поможет

К сожалению, несмотря на индекс 2, наука и медицинское сообщество оказались совершенно не готовы к встрече с «новым коронавирусом». А ведь мир уже переживал эпидемии атипичной коронавирусной пневмонии SARS (2002–2003 годы) и MERS (2012 год — н. в.), и тогда тоже применялись карантинные меры, проводились научные исследования и говорили о разработке вакцин. Но, как показывает сегодняшняя ситуация, ни лекарств, ни вакцин от коронавирусов нет, нет и прототипов, которые прошли клинические испытания. Видимо, из-за незначительности прошлых вспышек (774 и 912 погибших) ни фармацевтическое, ни научное сообщество не проявило должного интереса к этой группе вирусов за срок, достаточный для разработки вакцин.

Сейчас совершенно ясно, что распространение вируса SARS-CoV-2 остановить невозможно, карантинные мероприятия уже нанесли урон мировой экономике, сопоставимый с войной среднего размаха, и, с большой вероятностью, нас ждет вторая волна эпидемии осенью и далее, похоже, ежегодно. Поэтому усилия сейчас направлены на разработку вакцин, которые являются единственным известным на сегодня средством от вирусных инфекций (что, правда, справедливо только в тех случаях, когда эффективную вакцину вообще удается создать).

Кардинально ускорить создание вакцин невозможно, как уже сказано, необходимы их доклинические и клинические испытания. Необходимо доказать безопасность перспективных препаратов, их эффективность и пролонгированный эффект вакцинации. Множество лабораторий и фармацевтических компаний заявили о разработке более чем 30 кандидатных вакцин от этого вируса. И во всех этих работах основное ограничение — это доказательство их эффективности до начала экспериментов на людях (клинических испытаниях). А для этого нужны широкомасштабные доклинические исследования на животных, чувствительных к заражению вирусом.

Пока такие работы проводятся на хорьках, но представить себе эксперимент на 1 тыс. таких животных в условиях максимального класса биологической защиты просто невозможно. Это означает или увеличение сроков исследования, или снижение достоверности результатов. Решением может стать разработка новой лабораторной мышиной модели заражения SARS-CoV-2 с учетом современного технологического уровня и понимания патогенеза вируса.

Обезьяны и норки тоже не помощники

Интересной особенностью этого типа вирусов является то, что долгое время их считали относительно безопасными, они вызывали не более чем насморк (ринит) у человека и были сезонной инфекцией. Потом выяснилось, что эти вирусы могут вызывать тяжелые заболевания у кошек, затем, когда вирус передался человеку от летучих мышей через пальмовых циветт и верблюдов, возникли вспышки атипичной пневмонии.

Но, несмотря на, казалось бы, широкое разнообразие «хозяев» вируса в природе, и новый, и старые коронавирусы оказались неопасны для лабораторных животных — мышей, крыс, кроликов. Даже сейчас, спустя 18 лет после знакомства с опасным для человека SARS-CoV, мы вынуждены проводить исследования на хорьках и обезьянах — животных, которые эффективно заражаются SARS-CoV-2. Их можно содержать в лабораториях, но хорьки и обезьяны не те лабораторные модели, на которых можно проводить массовые доклинические испытания.

Кроме них был и третий потенциальный кандидат. 26 апреля этого года министр сельского хозяйства Голландии направил в парламент уведомление о закрытии на карантин норковых ферм из-за того, что животные заразились вирусом SARS-CoV-2 от персонала. В письме говорится, что неизвестно, могут ли зараженные норки представлять опасность для человека, но такая возможность будет изучаться. Конечно, будет изучаться и уже изучается, но пока изучат, будет потеряно драгоценное сейчас время.

Попытки создать удобную во всех отношениях живую модель заражения этим вирусом в виде лабораторной мыши ранее успехом не увенчались. Такие мыши, полученные в 2007 году в США и Китае, или очень легко переносили заражение SARS-CoV (они практически не реагируют на SARS-CoV-2), или без всякого инкубационного периода скоротечно (за три-четыре дня) умирали от несвойственного SARS, MERS или COVID-19 воспаления мозга. Про этих мышей успешно забыли, и до последнего времени никаких терапевтических средств или вакцин с их помощью не разрабатывали.

Поможет гуманизированная мышь

В 2015 году было установлено, что для проникновения вируса SARS-CoV требуется не один, как считалось ранее, рецептор ACE-2, а взаимодействие двух трансмембранных белков — ACE-2 и TMPRSS2, более того, химический ингибитор белка TMPRSS2 предотвращал проникновение вируса SARS-CoV в клетки человека. В этом году, уже после начала пандемии, установлено, что SARS-CoV-2 поражает те клетки человека, где два эти белка присутствуют одновременно.

Таким образом, мы смогли сформулировать три требования к новой мышиной модели COVID-19, чувствительной к заражению SARS-CoV-2:

1. необходимо, чтобы на поверхности клеток экспрессировались два белка человека — ACE-2 и TMPRSS2, ответственных за проникновение вируса;
2. необходимо, чтобы белки ACE-2 и TMPRSS2 присутствовали только на тех клетках, на которых они встречаются у человека;
3. необходимо, чтобы модель была безопасна при содержании и размножении и вне рамок лабораторий, имеющих право работать с вирусами человека.

В Институте биологии гена РАН при поддержке Российского научного фонда успешно разрабатываются различные мышиные модели заболеваний человека. Мы уже получили мышей—моделей бокового амиотрофического склероза, дистрофии Дюшенна, синдрома Леши—Нихена, эпилептической энцефалопатии и митохондриального истощения. Основываясь на предыдущем опыте, мы в начале мая в работе, опубликованной в журнале Research Results in Pharmacology, предложили создать мышей, экспрессирующих гены ACE-2 и TMPRSS2, путем встраивания их кДНК в область мышиного генома после собственного промотора TMPRSS2 мыши.

Особенностью такой конструкции будет наличие между промотором и кодирующей областью терминатора транскрипции, фланкированного LoP-сайтами узнавания рекомбиназой. До момента активации такие мыши будут содержать в геноме гены человека, но экспрессироваться они не будут. Активацию можно провести путем скрещивания с мышами, несущими в своем геноме Cre-рекомбиназу. Cre-рекомбиназа удалит из генома участок между LoxP-сайтами, пропадет терминатор, начнется экспрессия генов, и мыши станут чувствительными к заражению вирусом SARS-CoV-2. Более того, существуют линии мышей, которое экспрессируют Cre-рекомбиназу только в определенных органах и тканях, используя их, можно будет изучать влияние вируса на отдельные системы организма животных.

Мы надеемся, что первые генетически модифицированные мыши, чувствительные к заражению SARS-CoV-2, будут получены в июне. После этого предстоит еще работа по характеристике мышей, активации экспрессии генов человека, формированию экспериментальных групп и собственно исследованию на них вакцин и перспективных лекарственных препаратов. Мы надеемся, что эти мыши станут востребованным инструментом биофармацевтики.