Улучшенная БЦЖ: что нового в борьбе с туберкульозом?

Известно, что внутривенное введение живых ослабленных (аттенуированных) Mycobacterium bovis обеспечивает более надежную защиту от Mycobacterium tuberculosis. (Тут следует вспомнить, что инъекции БЦЖ также достаточно успешный методом иммунотерапии рака мочевого пузыря).

Улучшая безопасность

Стремясь усовершенствовать существующие варианты иммунизации против туберкулеза, ученые из США вырастили новые штаммы Mycobacterium bovis, отличающиеся улучшенным профилем безопасности. Предполагалось, что их можно использовать в более высоких дозах или при нестандартных способах доставки.

Упомянутые Mycobacterium bovis обезопасили следующим образом: в них встроили своеобразный «рубильник» (ученые называют эту систему «kill-switch»), который можно было бы использовать в случае риска развития инфекции, применив антибиотик, например, тетрацикиновый.

Для системы kill-switch разработчики воспользовались естественным оружием микробов — бактериофагами, паразитирующими на микобактериях. Эти вирусы выделяют специфические литические ферменты лизины и, соответственно, убивают своих природных хозяев, расщепляя их клетки.

В упомянутом случае американские разработчики внедрили в Mycobacterium bovis гены бактериофгов D29 и L5, кодирующие лизины А и B. Экспрессия этих лизинов запускалась в ответ на введение ангидротетрациклина или доксициклина. Модифицированные штаммы бактерий назвали соответственно BCG-TetON-D29L и BCG-TetON-L5L. Как и ожидалось, добавление ангидротетрациклина предотвращало рост и вызывало гибель Mycobacterium bovis, несущих обе конструкции. При этом оптическая плотность бактериальных культур BCG-TetON-D29L и BCG-TetON-L5L (BCG-TetON-DL) быстро снижалась, что указывало на лизис как основную причину гибели клеток.

Как показали дальнейшие эксперименты, лизис бактерий содействовал усиленной выработке цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (TNF), а также некоторых интерлейкинов (IL-12 и IL-6). Таким образом, при использовании нового штамма Mycobacterium bovis иммунный ответ усиливался по сравнению с действием стандартной вакцины БЦЖ.

Аналогичным образом разработчики сконструировали штаммы BCG-TetOFF-DL, которые, напротив, нуждались в присутствии тетрациклина, и были нежизнеспособны в его отсутствие.

Исследования на животных моделях

Внутривенное введение BCG-TetON-DL мышам вызывало инфекцию легких и селезенки так же, как и обычные Mycobacterium bovis. Лечение доксициклином приводило к гибели BCG-TetON-DL, но не оказывало значительного влияния на Mycobacterium bovis дикого типа. Вызванная BCG-TetOFF-DL инфекция легких мышей в присутствии доксициклина разрешилась спустя шесть недель после отмены антибиотика. Безопасность BCG-TetOFF-DL подтвердили дополнительно, заразив им иммунодефицитных мышей.

Заразив воздушно-капельным путем иммунизированных и неиммунизированных мышей Mycobacterium tuberculosis, исследователи показали, что модифицированные штаммы Mycobacterium bovis стимулировали иммунный ответ и обеспечивали такую же защиту от патогена, как и штамма дикого типа. Иными словами, BCG-TetON-DL и BCG-TetOFF-DL защищали мышей от туберкулеза наравне с БЦЖ, но при этом быстрее элиминировались.

У макак при внутривенном введении BCG-TetOFF-DL в легких наблюдался более выраженный иммунный ответ по сравнению с Mycobacterium bovis дикого типа, что свидетельствовало о более надежной защите и от Mycobacterium tuberculosis. Это также подтвердилось при инфицировании макак опасной туберкулезной палочкой: у привитых животных особей значительно меньше случаев поражения лимфоузлов в грудном отделе, чем у неиммунизированных, то есть инфекция была более ограниченной и не распространялась за пределы легких. Прекращение использования доксициклина приводило к постепенному снижению количества BCG-TetOFF-DL в организме животных – вплоть до полного невыявления колониеобразующих единиц у некоторых особей.

Новая БЦЖ: успешная подготовка готова к «клинике»

Таким образом, разработчики оптимизированного штамма БЦЖ доказали, что из их штамма Mycobacterium bovis удалось получить два усовершенствованных и более безопасных штамма микобактерий, которые можно использовать в более высоких дозах и при нестандартных методах доставки, например, внутривенном введении.

Хотя идея внутривенной вакцинации живой вакциной может показаться пугающей, она оказалась очень эффективной. Чтобы обеспечить надежную защиту живым аттенуированным микобактериям не требовалось жить очень долго. Как было показано, она обеспечивала равноценную или чуть лучшую защиту обезьян от инфекции по сравнению с обычной противотуберкулезной вакциной, формируя иммунитет почти у всех животных. Также при использовании модифицированного штамма практически отсутствовал риск развития прорывной поствакцинальной инфекции.

Примечательно, что для разработки безопасной и эффективной БЦЖ похожий метод «рубильника» использовали также китайские ученые, которые провели похожее исследование параллельно.