すべてのCovid-19バリアントを打ち負かすために単一のワクチンを設計する専門家
科学者たちは、コロナウイルスのパンデミックの再発を防ぐためにユニバーサルジャブを開発するために競争しています
ゲッティイメージズ経由のパトリックT.ファロン/AFP
ケンブリッジ大学の研究者であるLaraMarksとAnkurMutrejaは、ウイルスのあらゆる可能性のある突然変異から保護するワクチンを作成するための世界的な推進の主要なプレーヤーと話をしました
Covid-19の原因となるウイルスであるSars-CoV-2は、世界をひっくり返しました。専門家はそれがの命を主張すると予測しました 世界中で900万から1800万の間 。これは、無数の他の人々の生活、メンタルヘルス、教育を破壊することに加えてです。ワクチン開発の目覚ましいスピードにもかかわらず、パンデミックはおそらく今後何年にもわたって大混乱をもたらすでしょう。これはの出現によって助けられていません 新しい亜種 世界を席巻し、ワクチン接種と今後の治療の成功に深刻な脅威をもたらします。
Sars-CoV-2の将来のパターンを予測することは困難です。多くの科学者は、それが世界中のポケットの中で循環し続けると信じています。つまり、それは インフルエンザと同じように 。この文脈では、感染の数は比較的一定のままであり、パンデミックに変わる危険性のあるフレアアップが時折発生します。世界中の人々がどれだけ広くワクチン接種できるかに大きく依存します どのくらいの免疫 自然感染またはワクチン接種後も持続します。
長期的には、最善の解決策は、普遍的なワクチンを開発することです。これは、コロナウイルスの現在のすべての亜種や将来発生するその他の亜種から保護するのに役立ちます。それがなければ、世界はパンデミックの再発のリスクを冒しています。
与えられた 遭遇した困難 インフルエンザワクチンを作成する上で、これは難しい注文のように思われるかもしれません。しかし、多くの科学者 それが可能だと信じている Sars-CoV-2ワクチンの急速な発展に基づいています。
Covid-19は実際には 3番目の主要な感染症の発生 過去20年間に、動物から人間に飛び移る新しいコロナウイルスによって引き起こされたものであり、他の2つはSarsとMersです。
パンコロナウイルスワクチンがどこまで進歩したかを知るために、私たちはこの分野の多くの主要なプレーヤーと話をしました。私たちは両方ともこの分野の専門家ですが、非常に異なる角度から取り組んでいます– ララ・マークス はバイオテクノロジーとワクチンに関心のある医学の歴史家であり、AnkurMutrejaは感染症の発生の追跡とワクチンの開発の経験があります。私たちの会話から、地平線上に多くの有望なワクチン候補があるように見えます-12ヶ月以内に人間で使用するために開発される可能性さえあります。
'聖杯'
私たちが最初に話した人の一人は リチャードハットチェット 、Coalition for Epidemic Preparedness Innovations（Cepi）のCEO。 2017年に設立されたCepiは、公的、私的、慈善団体、市民社会の組織間のグローバルパートナーシップであり、新たな感染症に対するワクチンの開発を100日に短縮することを目的としています。これは、最初のCovid-19ワクチンで達成された時間の3分の1です。
すべての国のワクチンへの公平なアクセスを想定して、2021年1月、Cepiは、ワクチンを調達し、 35億米ドルを投資する パンデミックに対する世界的な準備を強化するためのワクチンの研究開発において、ユニバーサルコロナウイルスワクチンを開発するために2億ドルが確保されています。そのようなワクチンは、それらの変異体に関係なく、広範囲のコロナウイルスに対する防御を提供します。これにより、定期的にワクチンを変更する必要性が減ります。
ハチェットは、これらのワクチンを聖杯と表現しました。しかし、彼はそれが何年もの投資を要するかもしれないと主張しました。彼は言った：あなたが木を育てたいなら、やるべき最善のことは20年前にそれを植えたことです。そして、あなたがそれをしなかったなら、次善の策は今日それを植えることです。
ハチェットは、SARS-CoV-2に対処するために今後どのようなワクチンが最適かについて尋ねられたとき、次のように答えました。これは、明らかに、このウイルスとの最初の関与であり、時間の経過とともに拡大および展開するのを見てきました…
私たちはまだデータを収集しており、これに関する経験を積んでいます。私たちが現在知っていることと私たちが知ることができることについて、ある程度の謙虚さが必要だと思います。警戒する必要があります。
Sars-CoV-2が変異しているのはなぜですか？
私たちがインタビューした科学者の誰も、Sars-CoV-2が変異しているのを見て驚かなかった。すべてのウイルスが変異します。ウイルス複製機構が完全ではないため、それらはしばしばランダムな遺伝的変化を受けます。それは、子供たちが聞いたと思ったことを繰り返し、途中で間違いを犯して、最終的なメッセージが元のメッセージとは大きく異なる電話のゲームに少し似ています。ウイルスが1つ以上の変異を発生させる場合は常に、元のウイルスの亜種と見なされます。
突然変異プロセスは、ウイルスが宿主の免疫系からの猛攻撃、ワクチン接種または薬物治療、および自然な競争に適応し、生き残るのに役立ちます。このような圧力がかかると、ウイルスはより速く変化します。
科学者たちは、パンデミックが始まって以来、Sars-CoV-2の遺伝的変異を監視してきました。彼らは、患者のサンプルから収集されたウイルスの全RNA（ゲノム）を配列決定することによってこれを行います。ゲノムは、生物が機能し繁栄するために必要な遺伝子命令の完全なセットです。
中国の科学者たちは、最初の患者が武漢で異常な肺炎で入院してからわずか1週間後に、最初のSars-CoV-2ゲノムの配列を決定することができました。 2020年1月5日に最初に起草されたこのシーケンスは、ウイルスがSars-CoV-1の近縁種であることを明らかにしました。これは、重度の呼吸器疾患の発生を引き起こしたヒトコロナウイルスです。 Sars それは2002年に中国で最初に登場し、その後他の多くの国に広がりました。また、SARSのようなコロナウイルスに似ていました コウモリで見つかりました 。
一本鎖のRNAで構成されているSars-CoV-2ゲノムは、 最長のゲノム 既知のRNAウイルスの。シーケンシングの助けを借りて、科学者は、 スパイクタンパク質 、ウイルスが人間の細胞に侵入するのを助けるウイルスの部分。これは、Covid-19ワクチンの開発の重要な目標となりました。
初期のゲノムシーケンシングデータは、Sars-CoV-2が他のほとんどのRNAウイルスよりもはるかにゆっくりと変異し、インフルエンザの原因となるウイルスの半分の割合であり、HIVの原因となるウイルスの4分の1であることを示唆しました。しかし、その突然変異率は 収集された速度 時間が経つにつれて、それが感染した人々の大きな貯水池と選択圧に助けられました。
すべての突然変異が悪いニュースというわけではありません。場合によっては、ウイルスを弱体化させ、亜種が痕跡を残さずに消えてしまうこともあります。しかし、他の場合には、ウイルスがより簡単に宿主の細胞に侵入したり、免疫系からより効果的に逃げたりして、ウイルスをより効果的にすることができます。 より困難 予防し、治療する。
これまでのところ、5つの新しい 懸念される変異株 Sars-CoV-2で登場しました。最初の（アルファ）は2020年9月にイングランド南東部で検出されました。その他はその後まもなく南アフリカ（ベータ）、ブラジル（ガンマ）、インド（デルタ）、ペルー（ラムダ）で検出されました。これらの新しい亜種について問題なのは、それらがより伝染性であり、それらを作ることです より速く広がる 、場合によっては再感染と再発の可能性が高くなります。今日出回っているすべてのSars-CoV-2ウイルスは、元のウイルスと新しいウイルスのバリエーションです。 表示され続ける 。
予備調査 提案する 第一世代のワクチンは、新しい亜種に対するある程度の保護を提供し、重篤な病気や入院を減らすのに役立ちます。しかし、ウイルスがさらに変異し、ワクチン接種または自然感染のいずれかによって人々が獲得した免疫力が低下するにつれて、それらはおそらく時間の経過とともに効果が低下するでしょう。
弱点を探す
普遍的なコロナウイルスワクチンに関して、究極の問題は、あなたが効果的にあなたを保護する免疫応答を発達させることができるウイルスファミリーとしてコロナウイルス全体で保存されている弱点があるかどうかであるとハチェットは信じています。
ユニバーサルワクチンを作成する際の重要な問題は、ワクチンが提供する範囲がどれだけ広いかということです。これも私たちに指摘されました アンドリューワード で スクリップス研究所 カリフォルニア州で。彼が言ったように、普遍的なワクチンを作ること自体が非常に挑戦的です。たとえば、科学者たちは何年にもわたって試みてきましたが、インフルエンザの万能ワクチンの開発にはまだ成功していません。
また、HIV用に作成することもできていません。一部には、これらのウイルスに見られる表面タンパク質が頻繁に外観を変えるためです。これは私たちの免疫システムがウイルスを認識することを困難にします。
しかし、科学者たちは近年、免疫系とインフルエンザやHIVを引き起こすウイルスとの相互作用を理解する上で大きな進歩を遂げました。彼らは現在、この知識を展開して、コロナウイルスの普遍的なワクチンを構築しています。 速く変化しないでください 。
ワクチン革新の長い歴史
普遍的なコロナウイルスワクチンを楽観視する理由の1つは、Sars-CoV-2ワクチンの開発が成功したことです。記録的な速さで作られたワクチンの基礎は、何年も前に築かれました。 1980年代まで、ほとんどのワクチンは、ウイルスやバクテリアを改変して危険をなくすことによって開発されていました。これは、病原体を弱めるか不活化して、免疫応答を刺激するために安全に注射できるようにすることで達成されました。はしか、ポリオ、狂犬病、水痘などの宿主の病気からの保護には大いに成功しましたが、このアプローチはすべての病気に効果があるとは限りませんでした。
1980年代までに、ワクチンの生産は、バイオテクノロジーの出現に助けられて、変化の先端に立っていました。これが最初にうまく適用されたのは、 B型肝炎に対するワクチン 、原因と推定される 結核、HIV、マラリアよりも世界中で多くの死者が出ています 。
最初のB型肝炎ワクチンはによって開発されました メルクのモーリス・ヒルマン 。 1981年に承認され、癌から保護する最初のワクチンでした。慢性B型肝炎は肝臓がんの主な原因です。実際、それは 人間の発がん性物質としてタバコに次ぐ 。 B型肝炎ワクチンの斬新な点は、実験室での増殖が困難なB型肝炎ウイルス全体を使用する代わりに、 ウイルスの表面粒子をコーティングする 。これはワクチン技術の大きな進歩でした。
ウイルス粒子を使用する別のワクチンは、子宮頸がんを引き起こすヒトパピローマウイルス（HPV）に対するワクチンです。これは、毎年世界で26万人の女性を殺す病気です。 2005年に最初に認可されたHPVワクチンは、開発に何年もかかりました。これは、4種類の実際のHPVの外側のように見える小さなタンパク質で構成されています 酵母で生産 。
合成ワクチン
2009年1月から19か月間、世界を席巻した豚インフルエンザの大流行が発生した後、ワクチン技術はさらに革命を起こしました。 151,700〜575,400 世界中の人々。 H1N1インフルエンザウイルスによって引き起こされたこのエピソードは、パンデミックが発生する可能性のある速度と、パンデミックがまく可能性のある混乱を思い出させる重要なものでした。また、パンデミックに対抗するために何億もの認可されたワクチン用量を開発した企業にとっても有益な教訓でした。過去の記録であるわずか6か月以内に達成されましたが、これは十分な速さではありませんでした。それまでに、感染のピークは過ぎていました。
遅延の一部は、卵または培養哺乳類細胞でウイルスを十分に増殖させるのにかかった時間によるものでした。遺伝子工学を使用してウイルスを生成する別の方法は、はるかに高速であることが証明されましたが、規制上のハードルによって妨げられていました。 2011年から、将来のパンデミックに備えてワクチンの入手可能性を加速することを決意し、ワクチンの専門家は、ゲノミクスの進歩と電子配列データのオープンな共有を利用した新しい戦略を導入しました。と相まって 新しい能力 遺伝子を合成するために、これらのツールは、ウイルスからゲノムセグメントを設計して、実際のウイルスが侵入した場合にそれを認識して標的にするように体を訓練するワクチンを準備する力を科学者に与えました。
重要なことに、新しい合成アプローチは、ワクチン開発を、異なるサイト間でウイルスを分離して輸送し、それらを大規模に増殖させるという時間のかかるプロセスから遠ざけました。必要なのは、インターネットから関連する配列データをダウンロードし、適切な遺伝子を合成して関連するウイルス成分を生成し、ワクチン開発を開始することだけでした。新しい方法が提供した利点は、速度だけではありませんでした。また、可能性を減らしました バイオハザードのリスク ワクチンの製造に携わっています。
テストプロセスをより効率的にすることにも注意が払われました。通常、ワクチン開発の最も遅い部分であり、そのようなテストは完了するのに何年もかかることがよくあります。ワクチン候補の安全性、刺激された免疫応答の強さ、および防御効果を評価するために、最初に動物で試験が行われます。これが行われると、それは人間でテストされます。
人間による治験は3つのフェーズで実行され、それぞれが人数の増加とコストの増大を伴います。必要な時間を短縮し、コストを削減する1つの手段は、新しいバイオマーカーを利用することでした。これらは、薬物への反応だけでなく、正常なプロセスと病理学的プロセスの両方を測定する手段を提供しました。そのようなバイオマーカー それを可能にしました 臨床試験プロセスのかなり早い段階で候補者の毒性と有効性を判断し、安全性を損なうことなく複数の試験を並行して実施すること。
2011年、NovartisとSynthetic Genomicsの企業、およびCraig Venter Institute（非営利の研究機関）の科学者のグループが、ワクチン候補を数日で開発できることを証明しました。
彼らのアプローチは、2013年3月に中国の保健当局が鳥インフルエンザの新株が3人に感染したと報告したときに最初に成功裏にテストされました。ウイルスのゲノム配列にアクセスしてからわずか1週間以内に、RinoRappoliが率いるNovartisチームはなんとか作成しました。 完全合成RNAベースのワクチン 安全であることが証明され、良好な免疫応答を誘発した前臨床試験の準備ができています。
Rappouliがアナログワクチンと呼んでいるものからデジタルワクチンへの切り替えを示す2013年の作業は、2020年3月11日にCovid-19がパンデミックと宣言されたときのテンプレートを提供しました。Modernaによって開発されたCovid-19ワクチン候補の最初の投与は準備ができていましたによるヒトでのフェーズIテスト用 2020年3月16日 。その後すぐに、他の多くのワクチン候補がパイプラインに入りました。
新しい理解
また、最初のCovid-19ワクチンを前進させるのに役立ったのは、ウイルスの表面に見られるタンパク質とそれらに結合した抗体の原子構造に関する知識の爆発的な増加でした。ワードによれば、これは、彼が言うように、HIVや他の病原体への扉を開いた低温電子顕微鏡法の進歩によって大いに助けられました。技術で、ワードと彼の同僚 発見した そのコロナウイルスは、スパイクタンパク質の上部にあるS-2Pと呼ばれるアミノ酸の小さなループの助けを借りて侵入し、ヒト細胞と融合しました。これは、Covid-19ワクチンを作成するための重要な基盤を築きました。
もう1つの重要な開発は、広く中和する抗体（bNAb）の発見でした。 1990年代初頭にHIV-1と共に生きる人々の血清中に最初に分離されたこれらの抗体は、何年にもわたる感染の後にのみ一部の人々に現れます。そのような抗体には、 彼らは中和することができます 1回のストロークでウイルスの複数の多様な株。
bNAbを見つけることは、批判的に、ワクチン設計のための新しい道を開きました。特に、インフルエンザに対する普遍的なワクチンと、それが非常に速く変異するためにこれまで行うことが困難であったHIVに対するワクチンを作成する可能性を提供しました。 Covid-19が攻撃する前に、いくつかのグループがこの分野ですでに進歩を遂げており、すぐにコロナウイルスに目を向けました。彼らの目標は、コロナウイルスのスパイクタンパク質にある受容体結合ドメイン（RBD）を標的とするbNAbの産生を刺激するワクチンを作成することでした。
によって概説された1つのアプローチ バートン・ヘインズ 、デューク大学の免疫学者は、ワクチン候補として使用するために、複数のコロナウイルスからのRBDのほんの少しをタンパク質ナノ粒子に付着させることを含みます。有望に、 これが表示されました サルでは、Sars-CoV-2とその新しい関連変異体だけでなく、Sars-CoV-1と、将来人間に波及する可能性のあるコウモリコロナウイルスのグループもブロックします。
別の潜在的なワクチンは、によって私たちに説明されました パメラ・ビョークマン 、 構造免疫学者 で カリフォルニア工科大学 。彼女のチームは、2016年にオックスフォード大学で最初に考案されたウイルス粒子プラットフォームに基づいて開発しました。
彼女は次のように述べています。彼らのワクチンは、ナノ粒子の足場に付着した小タンパク質に移植された、さまざまな動物コロナウイルスからの多くの異なるRBDフラグメントを示します。マウスでのテスト 示した ワクチンの単回投与は、ワクチン設計に含まれていないものを含む、複数のヒトおよび動物のコロナウイルスを中和する可能性があります。
とのインタビューによると ジョナサン・ヒーニー ケンブリッジ大学の比較病理学者である彼のグループは、有望な広範囲のコロナウイルスワクチンも開発しました。ウイルスの構造の詳細なスクリーニングに基づいて、従来のワクチンプラットフォームと最新のmRNAワクチン技術にプラグインするためのDNAコンストラクトを合成しました。
このベクターは、生命を脅かす可能性のある意図しない過炎症反応を引き起こさないように特別に設計されています。動物実験では、彼らの候補者 提供された保護 Sars-CoV-1、Sars-CoV-2、および多くのコウモリコロナウイルスをカバーするさまざまなサルベコウイルスに対して。
概説された3つのアプローチはすべて、まだ人間でテストされていません。ケンブリッジのものは秋にフェーズ1の試験に入る予定であり、デューク大学のものもそのマイルストーンに近づいています。ケンブリッジとカリフォルニア工科大学の両方の候補者は、それらが熱安定性で凍結乾燥された粉末として製造できるという魅力を持っています。これにより、現在のmRNAワクチン（ModernaおよびPfizer）よりも保存と配布がはるかに簡単になります。また、生産がはるかに安くなります。これは、世界中でワクチンへの公平なアクセスを確保し、パンデミックを制御するために不可欠です。
新しいパンデミック
科学者は1年以内にパンコロナウイルスワクチンを開発するためのツールを持っていますが、その作成は話の終わりではありません。人口密度の増加、人間の移動性、生態系の変化は、世界が新たなパンデミックの脅威に直面し続けることを意味します。
この課題に対処するには、高度な発生警戒、政治的意志、国際協力、およびCovid-19パンデミックの終わりをはるかに超えたワクチン開発への継続的な投資が必要になります。世界保健機関（WHO）として それを置く 2020年9月、世界的大流行はそれを終わらせるために世界的な努力を必要とします-誰もが安全になるまで私たちの誰もが安全になることはありません。
ワクチンへのアクセスも、パンデミックと闘うために必要なものの1つの腕にすぎません。 Sars-CoV-2が私たちに教えてくれたことは、新たに出現する脅威を迅速に検出するために、地上での迅速な最前線のゲノム配列決定の重要性です。ハチェットが主張するように、世界へのエピデミックとパンデミックのリスクを根本的に減らすための鍵は、早期の検出、早期の順序付け、および早期のより調整された公衆衛生対応によるものです。
ララ・マークス 、客員研究員、生物医科学史、 ケンブリッジ大学 、 と Ankur Mutreja 、グループリーダー、グローバルヘルス（感染症）、ケンブリッジ大学。
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