Вдосконалена БЦЖ: що нового у боротьбі з туберкульозом?

Відомо, що внутрішньовенне введення живих ослаблених (атенуйованих) Mycobacterium bovis забезпечує надійніший захист від Mycobacterium tuberculosis. (Тут потрібно згадати, що інʼєкції БЦЖ також є досить успішним методом імунотерапії раку сечового міхура).

Покращуючи безпеку БЦЖ

Прагнучи вдосконалити існуючі варіанти імунізації проти туберкульозу, вчені зі США виростили нові штами Mycobacterium bovis, що відрізняються покращеним профілем безпеки. Передбачалося, що їх можна буде використовувати у вищих дозах або при нестандартних способах доставки.

Згадані Mycobacterium bovis убезпечили наступним чином: у них вбудували своєрідний «аварійний вимикач» (вчені називають цю систему «рубильником» — kill-switch), який можна було б використовувати в разі ризику розвитку інфекції, застосувавши антибіотик, наприклад, тетрацикліновий.

Для системи kill-switch розробники скористалися природною зброєю мікробів — бактеріофагами, що паразитують на мікобактеріях. Ці віруси виділяють специфічні літичні ферменти лізини й, відповідно, вбивають своїх природних господарів, розщеплюючи їхні клітини.

У згаданому випадку американські розробники впровадили в Mycobacterium bovis гени бактеріофагів D29 і L5, що кодують лізини А і B. Експресія цих лізинів запускалася у відповідь на введення ангідротетрацикліну або доксицикліну. Модифіковані штами бактерій назвали відповідно BCG-TetON-D29L і BCG-TetON-L5L. Як і очікувалося, додавання ангідротетрацикліну запобігало росту й викликало загибель Mycobacterium bovis, що несли обидві конструкції. При цьому оптична щільність бактеріальних культур BCG-TetON-D29L і BCG-TetON-L5L (BCG-TetON-DL) швидко знижувалася, що вказувало на лізис як основну причину загибелі клітин.

Як показали подальші експерименти, лізис бактерій сприяв посиленому виробленню цитокінів, таких як фактор некрозу пухлини (TNF), а також деяких інтерлейкінів (IL-12 і IL-6). Таким чином, при використанні нового штаму Mycobacterium bovis імунна відповідь посилювалася в порівнянні зі стандартною вакциною БЦЖ.

Аналогічним чином розробники сконструювали генно-інженерні штами BCG-TetOFF-DL, які, навпаки, потребували присутності тетрацикліну, й були нежиттєздатними без нього.

Дослідження на тваринах моделях

Внутрішньовенне введення BCG-TetON-DL мишам викликало інфекцію легень і селезінки так само, як і звичайні Mycobacterium bovis. Лікування доксицикліном призводило до загибелі BCG-TetON-DL, але не мало значного впливу на Mycobacterium bovis дикого типу. Викликана BCG-TetOFF-DL інфекція легень мишей в присутності доксицикліну вирішувалася через 6 тижнів після його відміни. Додатково безпеку BCG-TetOFF-DL підтвердили, заразивши імунодефіцитних мишей, у яких процес виведення мікробактерій з легень зайняв трохи більше часу. Так вчені переконались у безпеці сконструйованих ними мікобактерій.

Заразивши повітряно-крапельним шляхом імунізованих і неімунізованих мишей Mycobacterium tuberculosis, дослідники показали, що модифіковані штами Mycobacterium bovis стимулювали імунну відповідь і забезпечували такий самий захист від патогену, як і штам дикого типу. Іншими словами, BCG-TetON-DL і BCG-TetOFF-DL захищали мишей від туберкульозу нарівні з БЦЖ, але при цьому швидше елімінувалися.

У макак при внутрішньовенному введенні BCG-TetOFF-DL крім інфільтрації CD8+ T-клітин у легенях спостерігалася потужніша CD4+ Т-клітинна відповідь у порівнянні з Mycobacterium bovis дикого типу, що свідчило про забезпечення надійного захисту й від Mycobacterium tuberculosis. Це підтвердилося й при інфікуванні макак небезпечною туберкульозною паличкою: у щеплених тварин значно менше випадків ураження лімфовузлів в грудному відділі, ніж у неімунізованих, тобто інфекція була набагато обмеженішою й не поширювалася за межі легень. Бактеріальне навантаження в тканинах, оцінене після розтину, було трохи знижено при вакцинації BCG-TetOFF-DL, ніж при вакцинації БЦЖ. Припинення використання доксицикліну призвело до поступового зниження кількості BCG-TetOFF-DL в організмі тварин — аж до повного зникнення колонієутворюючих одиниць (КУО) у деяких особин.

Нова БЦЖ: успішна підготовка готова до «клініки»

Таким чином, розробники оптимізованого штаму БЦЖ довели, що з їхнього штаму Mycobacterium bovis вдалося отримати два більш вдосконалені та безпечніші штами мікобактерій, які можна використовувати у вищих дозах і при нестандартних методах доставки, наприклад, внутрішньовенному введенні.

Хоча ідея внутрішньовенної вакцинації живою вакциною може здатися відлякуючою, вона виявилася дуже ефективною. Щоб забезпечити надійний захист живим атенуйованим мікобактеріям, не потрібно було жити дуже довго. Як було показано, вона забезпечувала рівноцінний або трохи кращий захист мавп від інфекції в порівнянні зі звичайною протитуберкульозною вакциною, формуючи імунітет майже в усіх тварин. Також при використанні модифікованого штаму практично не було ризику розвитку проривної поствакцинальної інфекції.

Примітно, що для розробки безпечної та ефективної БЦЖ схожий метод «рубильника» використали також китайські вчені, які майже паралельно провели схоже дослідження.