Scienty

Российская ветеринарная служба имеет глубокие корни, уходящие в советский период, и продолжает активно развиваться. Одним из ключевых направлений является изучение вирусов – опасных и постоянно меняющихся факторов, влияющих на здоровье людей и животных. О том, как развивается эта сфера, рассказывает директор Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности, доктор биологических наук, академик Алексей Дмитриевич Забережный, автор первой зарегистрированной в России рекомбинантной вакцины для животных. Над чем работают современные вирусологи? Что представляет собой обратная генетика вирусов и какова ее роль? Какие вакцины и диагностические системы для животных оказались наиболее трудными в разработке? Почему вакцины против некоторых вирусов до сих пор не существуют? Узнайте о ветеринарных технологиях современности и перспектив, в новом интервью «Научной России».

— Какие ключевые достижения и перспективы вашего института в сфере ветеринарной науки вы считаете наиболее значимыми?

— В 2024 году институт отмечает свой 55-летний юбилей. Он был учрежден Министерством сельского хозяйства СССР как структурное подразделение Щелковского биокомбината – крупного предприятия, целью которого было увеличение объемов производства ветеринарных препаратов и создание разнообразных продуктов ветеринарного назначения, преимущественно пробиотиков и кормовых добавок. В настоящее время институт продолжает осуществлять свою деятельность в соответствии с этим направлением.

Ранее ВНИТИБП был в ведении Российской академии сельскохозяйственных наук, затем — Министерства науки и высшего образования РФ, однако в 2022 году он снова перешел под управление Минсельхоза. В развитие нашей команды направлены значительные инвестиции – как материальные ресурсы, так и интеллектуальный капитал – и поставлена задача выпуска лекарственных средств для ветеринарии. В первую очередь это вакцины, а также диагностические препараты. В соответствии с распоряжением министра сельского хозяйства, к 2030 году необходимо добиться максимальной импортозамещения указанных продуктов. Благодаря этому институту открываются новые возможности для работы.

ВНИТИБП демонстрирует значительный прогресс в настоящее время. Институт принимает участие в формировании научно-производственно-образовательного комплекса, имеющего государственное значение. Этот проект реализуется совместно со Щелковским биокомбинатом, другими биофабриками и научно-исследовательскими институтами, входящими в состав ассоциации «Ветбиопром». В образовательных программах также задействованы высшие учебные заведения, готовящие кадры для ветеринарной и биотехнологической сфер: Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, Российский государственный аграрный университет — МСХА им. К.А. Тимирязева, Московский политехнический университет. Комплекс будет осуществлять разработку и внедрение ветеринарных препаратов в производство, обеспечивать обучение студентов и решать другие задачи, способствующие развитию сельского хозяйства.

При обсуждении прошлых успехов института стоит отметить ряд разработанных технологий. Среди них – создание хитозана и его производных. Данное соединение получают из хитина, который является основой панцирей ракообразных и насекомых. Производные хитозана характеризуются полезными свойствами, позволяющими применять их в качестве кормовых добавок для пчел и рыб, а также использовать для изготовления адсорбционных кровоостанавливающих повязок, например, в военной медицине. Указанные технологии уже созданы нашими специалистами. Однако в настоящее время подобная продукция производится из сырья, поставляемого из Китая. Для обеспечения производства из отечественного сырья требуются новые бизнес-подходы.

В институте на протяжении многих лет ведутся разработки кормовых добавок и пробиотиков для животных. И сегодня мы продолжаем получать патенты в этой сфере.

В настоящее время в Воронежском научно-исследовательском институте технических биолого-пестицидов (ВНИТИБП) проводится капитальный ремонт. Новые лабораторные помещения созданы и продолжают создаваться. Министерство сельского хозяйства обеспечивает нас самым современным оборудованием для проведения исследований. Это позволяет нам ставить перед собой задачи любой сложности, в том числе привлекая к их решению молодых специалистов, проходящих у нас подготовку.

— Под вашим руководством были разработаны и созданы несколько отечественных вакцин для животных. Какие из этих разработок вы считаете наиболее значимыми и каковы причины? Существуют ли зарубежные аналоги этих вакцин? И если да, то в чем заключаются отличия российских версий от них?

— Я особенно ценю вакцину против цирковирусной инфекции свиней второго типа, так как это была первая ветеринарная рекомбинантная вакцина ¹, вакцина была зарегистрирована на территории Российской Федерации. Она представляет собой высокоэффективное средство, созданное в результате совместной работы с научно-исследовательским подразделением российской компании «Ветбиохим», осуществляющей ее текущее производство.

Аналогичные вакцины разрабатываются и на Западе. Однако, по моему мнению, наша разработка более эффективна. Секрет заключается в том, что, как и при приготовлении качественного чая, для достижения наилучшего результата требуется больше заварки. В отечественной вакцине содержится повышенное количество активного компонента.

Особого внимания заслуживает технология изготовления данной вакцины, основанная на клеточных культурах насекомых. Следует отметить, что свиньи и насекомые не имеют общих антигенных характеристик (в клетках насекомых невозможно образование каких-либо соединений, которые могли бы спровоцировать иммунную реакцию у свиней.) , поэтому этот метод эффективен.

Стоит также упомянуть еще одну заслуживающую внимания вакцину – против гриппа А, разработанная на основе отдела прикладной вирусологии Института вирусологии им. Д.И. Ивановского и научно-исследовательского отдела компании «Ветбиохим», она была создана для решения сложной задачи. Производство цельновирионных реассортантных вакцин против гриппа затруднительно с помощью генно-инженерных технологий, поскольку вирус обладает крайне сложной структурой. Помимо того, что этот вирус содержит одноцепочечную РНК, она еще и не кодирует белки и состоит из восьми сегментов. Для получения вакцины потребовалось «собрать» вирус в лабораторных условиях – это непростая задача для специалиста в области генной инженерии. Мы использовали существующую технологию, однако этот метод до сих пор применяется лишь в немногих лабораториях, преимущественно медицинских. Поэтому я полагаю, что важно иметь в ветеринарной практике этот высокотехнологичный инструментарий.

В итоге был получен вирус гриппа, обладающий определенными антигенными характеристиками. Он не вызывает признаков заболевания и, следовательно, безопасен для использования при создании вакцин. Благодаря его способности к достаточному размножению и рентабельности производства, работать с ним выгодно. Этот искусственно созданный возбудитель содержит антиген гемагглютинина ² целевого вируса, в том числе высокопатогенного. Кроме своей реассортантной природы, рекомбинантный вакцинный вирус может иметь модифицированные последовательности гена гемагглютинина, измененные таким образом, что вирус становится более аттенуированным (ослабленным. — Примеч. корр.) и безопасным. Это соответствует международным требованиям, оговаривающим, что в вакцинах против гриппа не должно быть риска генетической реверсии вируса к «дикому» типу. В настоящее время мы продолжаем работу с этой технологией.

— Мне известно, что в России вами были разработаны и внедрены несколько передовых технологий в сфере ветеринарной вирусологии. Среди них — обратная генетика РНК-содержащих вирусов. Не могли бы вы рассказать об этой разработке и о задачах, которые она позволяет решать?

— Я посвятил много лет исследованиям обратной генетики РНК-содержащих вирусов, что является моей основной научной областью.

Обратная генетика – это подход, который можно сравнить с обратной инженерией. В этом случае вы имеете дело с устройством, созданным другим человеком, разбираете его на составные части, создаете чертежи и отправляете на производство, где по этим данным создается точная копия исходной системы. Вирусы не создаются с нуля, поскольку, согласно распространенному мнению, они созданы природой. Однако, если взять уже существующий вирус, «деконструировать» его на отдельные элементы и передать их в клетку, служащую средой для размножения патогена, то можно реконструировать вирус, а также внести в него модификации. Именно так можно описать принцип обратной генетики.

Наиболее интенсивный период моей исследовательской работы совпал с началом развития этих технологий. В то время создание каждого нового вируса в лаборатории вызывало широкий резонанс и становилось предметом многочисленных публикаций. В настоящее время получение вирусов в лабораторных условиях – обыденная практика. Более того, для специалиста в области вирусологии считается нежелательным работать с вирусом, не созданным искусственно. В чем причина? При каждом цикле размножения вирус подвергается мутациям. Если взять «типичный» вирус, размноженный в клеточной культуре, то в процессе репликации он будет постоянно изменяться, и его потомки будут иметь новые мутации. Вирус, получаемый в лаборатории методами обратной генетики, формируется на основе неизменной ДНК-матрицы. Она остается неизменной, и с ее помощью можно многократно воспроизводить тот же вирус, с которого началось исследование.

Эта область науки вызывает мой интерес. В настоящее время обратная генетика стала обыденной практикой, и о ней редко говорят отдельно, лишь эпизодически упоминая. Недавно возникло новое научное направление — синтетическая биология, и обратная генетика вошла в его состав.

Синтетическая биология – перспективное направление. Ее задача – разработка различных биологических систем, которые могут функционировать как в природных, так и в искусственных средах, для научных изысканий или практического применения. Возможна ли таким образом искусственная генерация живого организма? На данный момент это не произошло. Вирусы обычно не рассматриваются как живые структуры: принято говорить, что они не живут, а реплицируются, не умирают, а дезактивируются. Создание живого существа в лабораторных условиях для многих является серьезным вызовом, философским противоречием. Однако синтетическая биология активно развивается. Будет ли однажды создана искусственная хромосома? Однозначного ответа нет. Но научный прогресс набирает обороты.

— Какие тестовые системы, в которых вы принимали участие, оказались наиболее трудоемкими в разработке и каковы были причины этого?

— В зависимости от конфигурации, тест-системы способны определять либо геном возбудителя, либо антитела к нему, либо его поверхностные антигены. В процессе работы мы изучали различные типы таких систем.

Наибольшие трудности при создании тест-систем возникают при работе с вирусами, характеризующимися высокой изменчивостью. Артеривирусы являются ярким тому примером. Так, нами велась разработка серологической тест-системы ³ для вируса репродуктивного и респираторного синдрома свиней (РРСС), основанной на иммуноферментном анализе для выявления антител против этого возбудителя. Она была успешно создана, но с течением времени этот вирус изменяется настолько, что соответствующую тест-систему необходимо модифицировать. В этом заключается сложность.

Работа с коронавирусами всегда сопряжена с трудностями. Я бы назвал коронавирус одним из самых «продвинутых» РНК-вирусов. Он принадлежит к РНК-содержащим вирусам с одноцепочечной нуклеиновой кислотой. При этом размер генома у таких вирусов обычно не превышает 15 тысяч нуклеотидов, а у коронавируса он достигает примерно 30 тысяч. Таким образом, коронавирус можно считать лидером среди РНК-содержащих вирусов в своей категории. Даже возникает ощущение, что он обладает определенной степенью «интеллекта». Разработка тест-систем для выявления коронавирусных инфекций представляет собой сложную задачу.

— Ваш вклад в проекты, посвященные отслеживанию распространения вирусов свиней, таких как классическая чума, репродуктивный и респираторный синдром, оказался значительным. Какие методы применялись в ходе этих исследований?

— Надзор за вирусами входит в область знаний, которая у ветеринаров называется эпизоотологией, а у медиков — эпидемиологией. Это важная наука, и специалистов, обладающих глубокими знаниями в ней, немного.

Мы и наши коллеги не реализуем это направление в полном объеме, нас интересует так называемая молекулярная эпизоотология или молекулярная эпидемиология. Это не самостоятельная наука, а скорее инструмент, позволяющий исследовать взаимосвязь между выделенными возбудителями болезней посредством анализа их нуклеиновых кислот, в исключительных случаях – белков. Данный подход сопоставим с криминалистической экспертизой. Он помогает установить филогенетические связи между отдельными вирусами, определяя, какой из них является потомком другого и когда это произошло. Существует даже понятие – молекулярные часы: например, можно установить, что определенный штамм вируса гриппа появился в Подмосковье за две недели до другого, или же определить, что один вирус возник на 100 миллионов лет раньше, чем второй. При этом в обоих случаях выводы будут одинаково достоверными, поскольку этот метод основан на использовании весьма сложной математики. Мы применяем его для корректного формирования стратегии разработки вирусной вакцины.

Мы взаимодействуем с Московской ветеринарной академией в сфере подготовки специалистов, и я считаю необходимым, чтобы студентам кафедры эпизоотологии был предоставлен курс, посвященный молекулярным методам определения филогенетических связей вирусов. Практикующие специалисты, выпускники вузов, в любом случае получают эти знания. Однако, было бы предпочтительнее, если бы они изучали их на раннем этапе обучения, в период школьного образования».

— Каково ваше мнение о развитии отечественной ветеринарной службы и, в особенности, ветеринарной вирусологии?

— Я рассматриваю этот вопрос с позитивным настроем. Прежде всего, мы не одиноки в решении этой задачи. Так, мы взаимодействуем с российскими специалистами в области медицины, в частности, устанавливаем связи с одним из ведущих центров в Федеральном медико-биологическом агентстве России.

Во-вторых, в ветеринарном образовании происходят позитивные сдвиги. Как человек, участвующий в приеме государственных экзаменов в Московской ветеринарной академии, я могу это утверждать. Я отмечаю положительную тенденцию на протяжении многих лет: работы выпускников становятся все более глубокими. В этом году мы принимали экзамены у аспирантов, и некоторые молодые специалисты представили замечательные диссертации мирового уровня, характеризующиеся детальным анализом проблем и комплексным подходом. Помимо этого, я на протяжении восьми лет работал в экспертном совете Высшей аттестационной комиссии и видел, какие диссертации поступают из разных регионов, под руководством каких научных руководителей они выполняются и как меняется их качество с течением времени. Возможно, я склонен к оптимизму, но я смотрю на развитие отечественной ветеринарии с уверенностью в позитивных изменениях.

Следует также подчеркнуть, что в нашей стране развиты научные школы в сфере ветеринарных наук. В частности, у нас работают квалифицированные специалисты, занимающиеся болезнями свиней (российская школа особенно известна исследованиями африканской чумы), болезнями птиц и другими областями.

В целом, российская ветеринария демонстрирует хороший уровень развития. Ветеринарная служба в Советском Союзе вызывала заслуженную гордость. Несмотря на то, что в 1990-х годах экономические трудности привели к замедлению прогресса в этой сфере, люди сохранили веру в профессионализм отечественных ветеринаров. Полагаю, что это убеждение сохранится и в будущем.

— Какие современные разработки, по вашему мнению, следует отнести к технологиям будущего в ветеринарной сфере?

— На сегодняшний день было совершено большое количество как теоретических, так и практических открытий. Тем не менее, на мой взгляд, существуют и более перспективные разработки.

По моему мнению, в настоящее время мы наблюдаем ситуацию, при которой создание вакцин не всегда представляется простым для вирусных инфекций. Многие полагают, что это возможно всегда: если существует вирус, то можно разработать вакцину, привить животное, и оно не заболеет. Однако это не соответствует действительности. Существуют возбудители, против которых создание вакцины крайне затруднительно, если вообще возможно. Ярким примером служит коронавирус кошек. Этот случай одним из первых продемонстрировал, что вакцинация может нанести вред – в данном случае она вызывала развитие инфекционного перитонита у животных. В то же время, в отношении коронавирусов кур, вызывающих инфекционный бронхит, или коронавирусов свиней вакцинация оказывается эффективной. Данные явления нуждаются в изучении, и в настоящее время ведутся работы по их осмыслению.

Иногда вирус начинает «взаимодействовать» с иммунной системой, адаптируясь к ней в процессе миллионов лет эволюции. В случае попадания такого возбудителя в организм, он способен к размножению внутри клеток, поглощающих чужеродные частицы (в иммунных клетках происходит поглощение бактерий и вирусов. — Примеч. корр.) . Вакцина представляет собой своего рода сигнал к иммунной системе: «Подготовьтесь к нейтрализации этого возбудителя». Но как заставить ее справиться с вирусом, если они действуют совместно? Мы уже сталкивались с подобными патогенами, и стандартные методы борьбы с ними, основанные на текущих знаниях, не всегда приводят к успеху. Тем не менее, заинтересованные организации продолжат разрабатывать вакцины против этих инфекций в целях получения прибыли.

Одним из перспективных направлений, которое может оказать существенную помощь, является разработка лекарственных средств, воздействующих на причину заболевания (нацеленных на ликвидацию первопричины заболевания в организме, а именно вируса. — Примеч. корр.) . Уже разработаны соединения, способные воздействовать на определенные вирусы, в частности, на ВИЧ и на вирусы гриппа типа А, гепатита С. Возможно, в настоящее время, в процессе нашего разговора, ведется разработка нового препарата аналогичного действия.

Ранее применение данной методики было сопряжено со значительными затратами. В связи с этим, лекарственные средства для лечения ВИЧ и гриппа разрабатывались в рамках международных инициатив, получавших финансовую поддержку от государств. На данном этапе перспективные терапевтические соединения выбирались методом случайного подбора, а эффективность каждого из них оценивалась в ходе экспериментальных исследований. Реализация подобных испытаний требует существенных финансовых вложений.

В настоящее время стали доступны суперкомпьютеры, такие как «Ломоносов» в МГУ. Он способен вычислить, какие химические соединения могут инактивировать, связать и удалить из жизненного цикла патогена конкретный белок или другое вещество. Данная технология активно развивается. Недавно я присутствовал на заседании ученого совета в НИЦЭМ им. ак. Н.Ф. Гамалеи, где аспирант представил результаты своего исследования. Ему предстояло определить роль определенного белка в жизни бактерии. Исследователь решил подавить действие этого соединения и проанализировать, как это повлияет на жизнедеятельность микроорганизма. Для этого он использовал суперкомпьютер «Ломоносов», который помог определить десять вариантов соединений, способных ингибировать действие этого белка. Автор синтезировал три из них, и все они продемонстрировали эффективность. Это свидетельствует о том, что технология получения этиотропных соединений для борьбы с вирусными инфекциями – лигандов, способных связывать определенные вещества и удалять их из жизненного цикла возбудителя болезни – становится все более доступной. Я не являюсь экспертом в этой области, поэтому могу лишь предполагать, но мне представляется, что это перспективное направление.

Как был осуществлен этот процесс? Вирус РРСС идентифицирует в организме животного конкретный рецептор — CD163. И благодаря новаторской технологии редактирования генов, удостоенной Нобелевской премии, стало возможным создание генетически модифицированных поросят, у которых отсутствует данный рецептор и, соответственно, они не могут быть инфицированы вирусом африканской чумы свиней. Однако рецептор CD163 оказался необходимым для поддержания многих других функций организма, поэтому модифицированные животные были неконкурентоспособными в производственном цикле. Таким образом, удаление всего рецептора оказалось невыигрышным ходом по экономическим и зоотехническим показателям. Но ученые не остановились на достигнутом — они стали пробовать поочередно удалять из рецептора отдельные аминокислоты и смотреть, какое изменение поможет предотвратить прикрепление к нему вируса. В результате нужные животные были получены.

Вирус, безусловно, способен преодолеть эти изменения в процессе эволюции. Вероятно, именно так и произойдет, будущее покажет. Однако, на мой взгляд, данную технологию целесообразно использовать для борьбы с вирусами, которые не распространены на конкретной территории, но могут быть завезены, – например, для выведения в России свиней, устойчивых к африканской чуме. Для того чтобы вирус преодолел мутацию, ему необходимо размножаться и эволюционировать. Однако в промышленных хозяйствах этот вирус не циркулирует, то есть у него нет возможности непрерывно совершенствоваться. Следовательно, маловероятно, что он адаптируется к модификации и получит широкое распространение в таком варианте. В случае случайного заноса инфекции вирус не сможет заражать животных, поскольку они будут защищены благодаря генному редактированию.

По моему мнению, генетическая модификация животных и разработка этиотропных препаратов, которые становятся всё более доступными по цене, являются значимыми решениями существующих проблем в ветеринарной вакцинологии. Наша задача – создание новых ветеринарных вакцин, основанных на современных знаниях и технологиях. Применение всех упомянутых методов в ветеринарии в комплексе представляется весьма перспективным.

Беседа состоялась при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации