Нам помогут мыши

Сибирские ученые ведут работу по созданию животных, восприимчивых к коронавирусу

Что придумали новосибирские ученые, чтобы снять с аппаратов искусственной вентиляции легких ковид-пациентов? Результаты их исследований могут совершить настоящую революцию в борьбе с пандемией. На помощь человечеству снова приходят лабораторные мыши.

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН в составе центра геномных исследований мирового уровня, созданного в ноябре прошлого года по национальному проекту «Наука», ведет работы по многим направлениям. Например, здесь создают препараты, которые могут быть эффективны против COVID-19, и выращивают лабораторных мышей, способных им заразиться, чтобы испытывать на них вакцины и лекарства.

В рамках пресс-тура, организованного министерством науки и инновационной политики Новосибирской области, представители новосибирских средств массовой информации смогли ознакомиться с исследованиями, которые сегодня проводят в ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

Научная повестка в условиях пандемии

Как отмечают сами ученые, пандемия коронавируса сильно повлияла на научную повестку. На первый план в прикладных исследованиях сейчас вышла работа над вакцинами, поиск новых эффективных противовирусных препаратов и изучение свойств уже известных лекарств, которые зарегистрированы для лечения других заболеваний, но могут быть полезны в терапии коронавирусной инфекции и ее осложнений.

— Мы активно включились в эту деятельность. Нам помогло то, что были определенные наработки по доклиническим исследованиям препарата, который изначально создавался как противовирусное средство на основе интерферона лямбда. Уже был проведен небольшой блок испытаний на примере модели вирусного гепатита C и вирусного конъюнктивита. Они тоже принадлежат к классу вирусных инфекций, что делает возможными определенные экстраполяции, — рассказал заместитель директора ФИЦ ИЦиГ СО РАН по клинической работе Максим Королев. — Разработка лекарств на основе интерферона лямбда ведется не только в России, но наша молекула является оригинальной — она отечественная. В отличие от поиска эффективной вакцины, создание противовирусных препаратов — более быстрый процесс. Есть надежда, что удастся в кратчайшие сроки включить его в реестр веществ, которые будут иметь показания для лечения коронавируса. Если бы мы говорили о сроках применения до эпидемии, я бы смело сказал, что потребуется пять лет, но сейчас все быстро меняется. Приведу пример из отечественной современной истории. Компания BIOCAD за два месяца вывела на рынок практически с нуля препарат для лечения цитокинового шторма, зарегистрировала его, и сейчас он уже применяется.

«Нескольких пациентов сняли с аппаратов ИВЛ»

По словам Максима Королева, сейчас рассматривается ряд лекарств, которые могут быть эффективны для лечения коронавируса. К ним относятся, например, ингибиторы интерлейкина 6 (ИЛ-6). Дело в том, что вирусная пневмония сопровождается цитокиновым штормом — потенциально летальной реакцией иммунной системы. У сибирских ученых был опыт по другому профилю медицинской помощи — ревматологии, где эти препараты используются довольно
давно.

— Мы оперативно поделились своими знаниями с инфекционистами Новосибирской области и передали наш запас препаратов в реанимационные отделения клиник региона, которые борются за жизни тяжелобольных. Это принесло определенные успехи, нескольких пациентов удалось снять с аппаратов ИВЛ, — сообщил Максим Королев.

Как сделать мышь

Как известно, все новые вакцины и лекарственные препараты сначала испытывают на лабораторных животных. Однако мыши и крысы не болеют коронавирусом. Ученые нашли выход: они создают мышей, которые несут в себе фрагмент человеческой ДНК и, соответственно, восприимчивы к вирусу.

— В наших планах — получить три генетические линии таких мышей, — рассказал заведующий отделом генофондов экспериментальных животных, научный руководитель SPF-вивария ИЦиГ СО РАН доктор биологических наук, профессор Михаил Мошкин. — Этой темой, если считать теоретическую подготовку, мы начали заниматься примерно два месяца назад. Работы по получению мышей, восприимчивых к коронавирусу, мы ведем по ускоренной технологии, минуя некоторые промежуточные
этапы.

Но как же можно создать мышь, восприимчивую к COVID-19? Для этого сначала надо разобраться, как действует вирус. Большинство вирусов, которые поражают человека, попадают в клетки нашего организма при взаимодействии с определенными белками. Например, коронавирус взаимодействует с одним из ферментов. Этот фермент есть и у мыши, и у человека, причем отличаются они незначительно: активный центр молекулы практически одинаков, а боковые цепи разные. А коронавирус как раз и «цепляется» к этим боковым цепям. Значит, чтобы моделировать вирусные патологии на мышах, надо мышиные белки заменить на человеческие. Таким способом можно получить гуманизированных экспериментальных животных.

— Сегодня достаточно хорошо разработаны методы генной инженерии, которые позволяют сформировать необходимый фрагмент ДНК человека. Также существует методика геномного редактирования, которая дает возможность вырезать кусок ДНК мыши и вместо нее поместить фрагмент человеческой ДНК, — пояснил Михаил Мошкин. — Процесс встраивания фрагмента человеческой ДНК мы производим сразу после оплодотворения, на стадии зиготы. Зигота — это оплодотворенная яйцеклетка, которая имеет двойной набор хромосом.

По словам Михаила Мошкина, ученые планируют получить трансгенных мышей, на которых можно будет испытывать лекарства и вакцины от коронавируса, примерно через три месяца. Буквально несколько дней назад была закончена подготовка специального технологического блока, в котором разместили животных и началась собственно работа с мышами. Беременность у этих животных длится 21 день, но, к сожалению, выход «правильных» мышат невелик — всего 1–2 процента от общего числа. Потом полученных гуманизированных грызунов будут скрещивать между собой, чтобы закрепить необходимые признаки, и лишь потом можно будет приступать к испытаниям.

Нужны нестандартные идеи

— При этом надо четко понимать, что сами по себе мыши нас не спасут. Они нужны только для испытаний лекарств и вакцин, которые еще предстоит создать. С вакцинами дело обстоит несколько проще. Хотя, конечно, они бывают разные — от ослабленных патогенов до различных генно-инженерных конструкций. Вакцину вводят подопытному животному, а потом проверяют наличие антител. С препаратами сложнее, тут нужны идеи, и желательно нестандартные, — сказал Михаил Мошкин.

Он объяснил, что причина высокой смертности от коронавируса — неспецифическая реакция организма, так называемый цитокиновый шторм, который приводит к тяжким последствиям в виде сепсиса. У пациента нарушается тонус сосудов, снижается сердечная деятельность, нарушается поступление кислорода. Причем неважно, какой именно вирус атакует. Примерно то же самое было и в случае с птичьим гриппом, и со свиным, и со знаменитой испанкой. И если придет другой вирус, а это произойдет неизбежно, то последствия будут точно такими же, и у врачей не будет ни вакцин, ни лекарств, так как предугадать, какой именно вирус на нас «нападет», невозможно. А это значит, что гораздо важнее научиться бороться с сепсисом.

— Один из сотрудников нашей лаборатории занимается анализом координации работы генов при сепсисе на основе данных, полученных у пациентов с вирусной пневмонией. Были выделены генетические ансамбли, которые при этом страдают. Это дает возможность делать достаточно точный прогноз выживаемости при таких острых состояниях. Но, что еще более важно, это позволяет выявить процессы, которые влияют на несбалансированную работу генетических ансамблей. И, возможно, купировать их, — рассказал Михаил Мошкин. — Возьмем коронавирус. При нем, как известно, человек испытывает недостаток кислорода. Его подключают к аппарату ИВЛ. А надо воздействовать на митохондрии, поскольку именно по причине их неправильной работы клетки не усваивают кислород. Что самое интересное, уже существуют довольно дешевые препараты, обладающие необходимым действием. Но все это необходимо проверить. Мы подали заявку в Российский фонд фундаментальных исследований на получение гранта. Если нам его дадут, то мы сможем проверить эту методику на мышах.

Комментарии
Алексей ВАСИЛЬЕВ, министр науки и инновационной политики Новосибирской области:
— Центр геномных исследований мирового уровня был создан в ноябре 2019 года в рамках нацпроекта «Наука». Можно отметить, что первые полгода деятельности центра уже дали конкретные результаты как в исследовательской работе, так и в развитии ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Создание центра мирового уровня благотворно сказывается на ресурсном обеспечении исследований, приобретении необходимого оборудования. Расширяются образовательные программы, развивается взаимодействие с вузами, в работу центра вовлекаются магистранты и аспиранты. Деятельность по программе центра обеспечивает повышение квалификации специалистов, которые затем будут работать не только в исследовательских организациях, но и в реальном секторе экономики, в том числе сельскохозяйственных организациях региона. Это очень важно для развития агропромышленного комплекса Новосибирской области.
В рамках нацпроекта «Наука» предусмотрено создание научно-образовательных центров мирового уровня (НОЦ). В Новосибирской области ведется активная подготовка к созданию НОЦ, в том числе аграрного. Сейчас формируется программа научно-образовательного центра, и одно из направлений его деятельности как раз связано с теми проектами, которые реализуются в Институте цитологии и генетики СО РАН. Это прежде всего создание новых генетических линий пшеницы, ячменя и картофеля с заданными свойствами — устойчивых к болезням, изменению климатических условий и удобных для переработки пищевой промышленностью. Формируется научный задел, необходимый для создания продуктов в одной из наиболее динамично развивающихся отраслей экономики региона.

Алексей КОЧЕТОВ, директор ФИЦ ИЦиГ СО РАН, член-корреспондент РАН:
— В составе центра геномных исследований мирового уровня сотрудниками института решаются задачи фундаментальной науки, ведутся исследования геномов сортов растений и пород животных, характерных для Российской Федерации, и проведение на этой основе геномной селекции. Кроме того, проводится работа в области промышленной биотехнологии на основе микроорганизмов для решения различных задач — от кормопроизводства до применения в промышленности. Совместно с НГУ формируется институт генетических технологий, где будут получать образование специалисты в области генетики и биоинформатики. Налажены контакты с Новосибирским государственным аграрным университетом, НГТУ и другими вузами. У нас большие планы по развитию международного сотрудничества и обновлению приборной базы. В рамках противодействия коронавирусной пандемии в институте отрабатывается генетическая модель для изучения вирусной инфекции на лабораторных животных, для чего с помощью генной технологии создается популяция мышей, восприимчивых к коронавирусу. В институте создан существенный задел в области больших генетических данных, что позволяет предсказать потенциальные лекарства для лечения вирусных инфекций.