CC BY
147
Севских Т.А. ©
Аспирант, Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной вирусологии и микробиологии Россельхозакадемии
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВАКЦИНОПРОФИЛАКТИКИ СИБИРСКОЙ ЯЗВЫ
Аннотация
В статье рассматривается история создания и перспективы развития средств вакцинопрофилактики сибирской язвы. Освещаются основные аспекты совершенствования вакцинных препаратов и сложности, связанные с использованием на практике существующих и находящихся в разработке вакцин против сибирской язвы. Оцениваются перспективы создания новых вакцин.
Ключевые слова: антракс, вакцина, иммуногенность, реактогенность.
Keywords: anthrax, vaccine, immunogenicity, reactogenecity.
Сибирская язва - особо опасная инфекционная болезнь животных, относящаяся к сапрозоонозам. Возбудитель данного заболевания - Bacillus anthracis, также поражает и человека. Из-за высокой устойчивости спор сибирской язвы к воздействию физико-химических факторов внешней среды, их способности длительно сохраняться в почве, а также при определенных условиях переходить в вегетативную форму, размножаться и впоследствии накапливаться в почве без потери вирулентности, полная победа над данной инфекцией представляется задачей чрезвычайно сложной. Об этом свидетельствуют регулярно возникающие, даже в условиях поголовной вакцинации скота и вакцинации работников отдельных сфер труда, вспышки и спорадические случаи заболевания сибирской язвой животных и людей на территории Российской Федерации [3; 21]. Несмотря на то, что история целенаправленной «войны» с возбудителем сибирской язвы насчитывает уже более полутора столетий, считать её завершенной пока рано.
Описания сибирской язвы встречаются еще в древнегреческой литературе, где она упоминается под различными названиями: «священный огонь», «персидский огонь», «антракеза». Сходство пораженного язвой участка тела с углем определило первое название заболевания - антракс. Второе название инфекция приобрела в период массовых вспышек в России, преимущественно в Сибири и на Дальнем Востоке, когда её подробно описал (и в опыте самозаражения доказал возможность передачи от животного к человеку) русский врач Андреевский [2; 12]. Роберт Кох в 1876 году первым выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, что дало очевидное преимущество в изучении данного возбудителя. В 1881 году Луи Пастер, в ходе наблюдений и экспериментов установивший, что B. anthracis утрачивает способность продуцировать споры при температуре 42-43°С, создал первую в мире противосибиреязвенную вакцину путем аттенуации (ослабления) изначально вирулентного штамма. Культивирование проводилось при повышенной температуре, с ежедневным определением её вирулентности в опытах на лабораторных животных. В ходе эксперимента были получены две культуры различной степени ослабления, получившие название I и II вакцины Пастера. Опыт, поставленный на ферме Pouilly-le-Fort в мае 1881 года, показал высокую эффективность вакцины: ни одно из вакцинированных животных не погибло после заражения вирулентным штаммом, в то время как в контрольной группе погибли или тяжело переболели все [28].
Несмотря на то, что вакцины Пастера использовались во всем мире, они обладали существенными недостатками. Штаммы сохраняли один из основных факторов патогенности -капсулообразование, за счет чего некоторые серии вакцины обладали повышенной вирулентностью. Отмечались случаи заболевания животных от введенной вакцины [33]. В связи с этим различными исследователями были предприняты попытки дальнейшей аттенуации возбудителя и получения новых, более эффективных и менее опасных вакцин. Это привело к
© Севских Т.А., 2014 г.
получению I и II вакцин Ценковского в 1883 году, вакцины Ланге в 1891, которые долгое время применялись на территории Российской империи и, впоследствии, СССР. Для них была характерна сниженная, в сравнении с вакцинами Пастера, реактогенность [14]. Использование в качестве основы при изготовлении вакцин капсульных штаммов сибиреязвенного микроба неизбежно приводило к высокому проценту поствакциональных осложнений в сериях вакцин с повышенной экспрессией этого признака и создавало риск заболевания специалистов, проводивших специфические профилактические мероприятия [8; 10].
Но, несмотря на все недостатки, иммунизация животных вакцинами приводила к существенному снижению заболеваемости скота и людей, в связи с чем развитие вакцинопрофилактики сибирской язвы на продолжительное время было сконцентрировано на усовершенствовании методов проведения вакцинации. Так, для вакцин Ценковского не раз изменялась рецептура вводимого препарата, кратность и сезоны ее применения.В Северной Америке, где вакцины на основе штаммов Пастера использовались на протяжении более полувека, они также были неоднократно модифицированы аналогичным образом: споры заключались в глицерин, что повышало иммуногенность вакцины и позволяло снизить число доз с двух до одной. С целью предотвращения развития инфекционного процесса, за счет развития реакции в месте введения вакцины, в ее состав стали добавлять сапонин в различных концентрациях (от 1 до 10%). Кроме того, были продолжены работы по дальнейшей аттенуации штамма, что привело к существенному снижению вирулентности для кроликов, вплоть до ее полной потери [32].
О первых попытках создания вакцин для животных на основе новых штаммов сообщалось в 20-30-е гг. в Италии, где был создан иммунопрепарат«СагЬо200» на основе спор полностью вирулентного штамма сибирской язвы и 10% раствора сапонина. Некоторое время эта вакцина была популярной как в Европе, так и в Америке, но из-за высокой реактогенности вскоре вышла из употребления [35].
В совокупности, все вышеописанные мероприятия приводили к снижению риска осложнений и повышению иммуногенности вакцин, но не решали главной проблемы -остаточной вирулентности капсульных штаммов. Прогресса в этом направлении удалось добиться лишь к середине 30-х годов ХХ века, когда было убедительно доказано отсутствие связи между продукцией капсулы и иммуногенностью возбудителя. К тому времени были созданы среды, позволявшие с легкостью обнаруживать продукцию капсулы, и доказано, что авирулентные штаммы не вырабатывают капсулу на этой среде. В результате в 30-40-х годах появилосьсразу несколько живых вакцин на основе аттенуированных бескапсульных штаммов.
Так, например, Stamatin разработал живую вакцину на основе бескапсульного мутанта 1190-R, которая с 1950 года и до настоящего времени используется в Румынии для поголовной вакцинации скота [30]. В1937 году Sterne в Южной Африке получил бескапсульный иммуногенный штамм 34F2 путем культивирования вирулентного штамма на 50%-ном сывороточном агаре в атмосфере углекислого газа. Из-за высокой иммуногенности и безвредности штамм быстро завоевал популярность и в настоящее время используется для производства живых вакцин во многих странах мира, несмотря на то, что сравнительно небольшие дозы его спор (свыше 103) летальны для белых мышей [16]. В 1939 году, было заявлено о получении аналогичного штамма в Великобритании, однако на поверку штамм Waybridge оказался одним из дериватов штамма Sterne [22]. В том же году в Японии был выделен авирулентный бескапсульный штамм Takahashi, малоизвестный за её пределами - как и индийский штамм Мактесвар. Эти штаммы не нашли широкого применения даже в тех странах, в которых они были получены. В настоящее время, как в Японии, так и в Индии иммунопрофилактика сибирской язвы проводится вакцинами на основе штамма Sterne 34F2.
Наконец, в 1940 году, используя успешный опыт получения авирулентных штаммов в других странах, Н.Н. Гинсбург выделил бескапсульный мутант, названный СТИ-1, от культуры вирулентного штамма «Красная Нива». После того, как в опытах была доказана его безвредность и высокая иммуногенность для кроликов и овец, было запущено производство вакцины, состоящей из взвеси спор в 30%-ном растворе глицерина [4]. Вакцины на основе СТИ-1 более 40 лет использовались для иммунизации человека и животных на территории
СССР, однако с 1972 года в культурах штамма стали наблюдатьпроцессы диссоциации и снижение иммуногенности. В 80-х годах прошлого века положение ухудшилось, что привело к практике двукратного введения вакцины СТИ [6; 17].
Для специфической профилактики сибирской язвы на территории СССР помимо штамма СТИ-1 был также получен бескапсульный штамм Шуя-15 (Колесов С.Г., 1946-1949 г.г.), выделенный от трупа свиньи. На основе этого штамма разработана вакцина ГНКИ, содержавшая в своем составе помимо глицерина и адъювант - гидроокись алюминия. Введение в состав иммунопрепарата адъюванта позволило повысить эффективность вакцины в сравнении с приготовленной только на глицерине [18]. И все же данная вакцина широкого применения не нашла, в том числе и по причине того, что при более высокой иммунизирующей дозе (по сравнению с вакциной СТИ-1) формировался более слабый иммунный ответ [20].
Изменение свойств штамма СТИ-1 и низкая иммуногенность вакцин на основе штаммов СТИ-1 и Шуя-15 обусловили необходимость создания новой, более эффективной вакцины против сибирской язвы. В 1983-1986 гг. во ВНИИВВиМ была создана и апробирована вакцина на основе штамма №55, выделенного из трупа свиньи, и представляющего собой природно ослабленный бескапсульный штамм. Штамм не обладал реверсибельностью при прямых пассажах на чувствительных животных, был однороден и обладал сниженной, в сравнении со СТИ-1, реактогенностью [5]. Вакцины на его основе и в настоящее время используются для поголовной вакцинации животных на всей территории Российской Федерации и ряда стран СНГ.
Использование при разработке противосибиреязвенных вакцин бескапсульных вариантов B. anthracis позволило защитить как конечного потребителя, так и производителя вакцин от риска заражения сибирской язвой, а также привело к значительному снижению числа осложнений среди привитых животных. Значительная часть поствакцинальных осложнений стала приходиться на активизацию бессимптомных инфекций [1]. Сочетание низкой цены, высокой эффективности и слабой реактогенности в целом удовлетворяло нуждам сельского хозяйства, поэтому в большинстве стран для вакцинации животных ныне используются живые споровые вакцины на основе бескапсульных штаммов сибирской язвы, полученных еще в первой половине ХХ века.
Предпринимаемые исследователями попытки заменить живые вакцины химическими не увенчались успехом. Возможность их создания представилась после открытия структуры сибиреязвенного токсина и главенствующей роли одного из его компонентов, протективного антигена (ПА), при выработке иммунитета [23; 29; 37; 34]. Однако последующие эксперименты позволили установить негативные стороны подобных вакцин: низкая напряженность
индуцируемого вакциной иммунитета, многократное введение антигена, развитие аллергических реакций. Так, например, для того чтобы добиться защитного эффекта на срок от 2 до 4-х лет от применения вакцины AVA, представляющей собой очищенный белковый компонент культуральной жидкости штамма V770-NP1-R и используемой в США для вакцинации взрослого населения, необходимо провести не менее 5-ти иммунизаций на протяжении 18 месяцев [38]. Все это, а также высокая стоимость производства сделали непригодными применение этих вакцин в сельском хозяйстве.
В последние десятилетия с учетом накопленных знаний о биологии возбудителя и развития научно-технического прогресса разработку иммунопрепаратов против сибирской язвы ведут в следующих направлениях:
1. Создание рекомбинантных вакцин на основе близкородственных сапрофитов, различных про- и эукариотических векторов и генно-модифицированных растений [13; 19]. Вакцины на основе близкородственных сапрофитов разрабатываются еще с середины 80-х годов прошлого века, однако успехи на этом поприще сомнительны ввиду более низкой продукции антигена (в сравнении с живыми вакцинами) и примесей белков самого сапрофита, не способствующих выработке иммунитета к сибирской язве [24; 35; 36]. Оригинальный опыт использования для разработки рекомбинантных вакцин генно-модифицированных растений был продемонстрирован на табаке, в геном хлоропластов которого был встроен ген, отвечающий за продукцию ПА. Инъекция полученного и очищенного ПА из этих растений
защитила всех мышей от заражения летальной дозой токсина [26]. Данное направление представляет особый интерес в области разработки пероральных вакцин, однако все разработки в данный момент являются сугубо академическими в силу высокой нестабильности получаемых продуктов;
2. Выделение клонов вакцинных штаммов, обладающих специфическими свойствами. На фоне широко применения антимикробных препаратов в животноводстве, а также при лечении сибирской язвы возникает необходимость создания вакцин, способных индуцировать выработку напряженного иммунитета на фоне проводимой антибиотикотерапии. С этой целью в Ставропольском НИПЧИ были получены несколько штаммов-мутантов (СТИ-ПР-3, СТИ-ПР-4, СТИ-АР и др.), устойчивых к различным антимикробным препаратам [7]. Для решения проблем остаточной вирулентности и реактогенности штаммов исследователи планируют использовать подходы, основанные на отборе мутантов, продуцирующих исключительно один из компонентов сибиреязвенного токсина, либо неспособных активировать ПА для его соединения с летальным или отечным фактором [11; 25 ;27; 31]. Подобные разработки, в первую очередь, направлены на создание безопасной для человека живой вакцины, но потенциально могут быть задействованы и для нужд сельского хозяйства.
3. Поиск новых авирулентных штаммов, перспективных в качестве вакцинных. О продолжающейся эволюции возбудителя сибирской язвы и несовершенстве применяемых на территории РФ вакцин на основе штамма 55-ВНИИВВиМ свидетельствует вовлечение в эпизоотический процесс вакцинированных животных [9; 15]. Это, в свою очередь делает актуальными работы по поиску новых штаммов на основе авирулентных бескапсульных вариантов сибиреязвенного микроба. Открытие дополнительных белков-иммуногенов, не входящих в состав токсина, но увеличивающих продукцию антител к нему, позволяет сосредоточить поиск на штаммах, обладающих усиленной продукцией данных компонентов.
Таким образом, очевидно, что, несмотря на многолетнюю историю развития вакцинопрофилактики сибирской язвы, полное ее искоренение в настоящее время недостижимо, как вследствие наличия на территории РФ большого количества почвенных очагов, так и выявленного иммунологического несоответствия некоторых полевых изолятов применяемым вакцинным штаммам. Новые знания о биологии возбудителя и достижения научно-технического прогресса открывают возможности для создания более совершенных средств иммунопрофилактики сибирской язвы.
Литература
1. Акопян Е.Ш. Активация бессимптомных инфекций у экспериментальных животных под влиянием сибиреязвенной вакцины СТИ / Е.Ш. Акопян // Труды Госуд. научно-контр. ин-та вет. препаратов. -М.: Сельхозгиз, 1953. Т.4. С.215-224.
2. Андреевский С.С. Краткое описание сибирской язвы, содержащее предохранительные и врачевательные средства в пользу простого народа / С.С. Андреевский // Санкт-Петербург, 1796.
3. Сибирская язва в Российской Федерации и за рубежом / С.Н. Антюганов, А.Г. Рязанова, Е.И. Еременко, А.Н. Куличенко // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2012, №5, с. 4-8.
4. Архипова В.Р. Разработка эталона живой сибиреязвенной вакцины / В.Р. Архипова // Антракс. -Кишинев, 1964. С. 121-123.
5. Бакулов И. А. Оценка эффективности 10-летнего применения вакцины против сибирской язвы животных из штамма 55-ВНИИВВиМ / И.А. Бакулов, В.А. Гаврилов // Ветеринария. - 1994. - №8. -С. 11-15.
6. Бакулов И.А. Сибирская язва: новые страницы в изучении старой болезни / И.А. Бакулов, В.А. Гаврилов, В.В. Селиверстов - Владимир, 2001. -284 с.
7. Буравцева Н.П. Иммуногенные свойства сибиреязвенной антибиотикоустойчивой вакцины СТИ-ПР живой сухой / Н.П. Буравцева, Т.Н. Фунтикова, Н.П. Неляпин // Актуальные вопросы профилактики инфекционных заболеваний: тез. докл. Межведомственной конф., 26-28 марта, Киров, 1991. С. 45-46.
8. Бургасов П.Н. Сибиреязвенная инфекция / П.Н. Бургасов, Г.И. Рожков. - М.,1984. - 212 с.
9. Васильев П.Г. Чувствительность штаммов B. anthracis, выделенных из различных источников внешней среды, к видоспецифическим сибиреязвенным бактериофагам / П.Г. Васильев, Ю.И.
Иванов, Н.С. Садыков и др. // Материалы юбилейной науч. конф., посвященной 70-летию НИИ микробиологии МО РФ, 30 нояб. - 1 дек. - Киров, 1998. - С. 71-72.
10. Латенко Я.П. Заболевание сибирской язвой в результате неосторожного обращения с вакциной / Я.П. Латенко, В.А. Кириленко, Л.Н. Залевский // Врачебное дело. - 1961. - №3. - С.122-123.
11. Микшис Н.И. Аспорогенный рекомбинантный продуцент протективного антигена сибиреязвенного микроба / Н.И. Микшис, О.М. Кудрявцева, Д.В. Шулепов [и др.] // Биотехнология. - 2010. - №4. С. 25-33
12. Палкин Б.Н. Андреевский С.С.(1760-1818). Биография / Б.Н. Палкин - М.: Медицина, 1986.
13. Перспективы создания сибиреязвенных вакцин нового поколения / Васильев Н.Т., Пименов Е.В., Зубов В.В. [и др.] // Иммунология. - 1999. №3. - С. 5-8.
14. Руденко А.М. Столетие русской военной ветеринарии: 1812-1912 / А.М. Руденко - М., 2011. - 420 с.
15. Селянинов Ю.О. Иммунологическая и полевая эффективность противосибиреязвенных вакцин / Ю.О. Селянинов, Н.С. Косяченко, Т.А. Севских, И.Ю. Егорова // Материалы VI Ежегодного Всероссийского Конгресса по инфекционным болезням. - М., 2014. - С. 281.
16. Сибирская язва: актуальные аспекты микробиологии, эпидемиологии, клиники, диагностики, лечения и профилактики / Г.Г. Онищенко, Н.Т. Васильев, В.Н. Литусов [и др.] - М., 1999. - 448 с.
17. Сибирская язва / Под ред. Г.Г. Онищенко, В.М. Кожухова - М., 2010.
18. Терентьев Ф.А. Сибирская язва животных и борьба с ней / Ф.А. Терентьев -М.: Сельхозгиз, 1946. -62 с.
19. Индукция иммунного ответа к Bacillus anthracis при интраназальном введении рекомбинантного аденовируса, экспрессирующего протективный антиген, слитый с FC-фрагментом антитела IGG2A / Щербинин Д.Н., Есмагамбетов И.Б., Носков А.Н., Селянинов Ю.О. [и др.] // Acta Naturae. - 2014. -№1. - Т.6.
20. Экспериментальное изучение сибиреязвенных вакцинопрепаратов / Э.Н. Шляхов, Е.В. Груз, Т.А. Бурденко, В.И. Присакарь В.И // Иммунодиагностика и специфическая профилактика инфекционных болезней. - Кишинев. Штиинца, 1975. - С. 64-79.
21. Эпизоотическая ситуация в РФ [Электронный ресурс] // Россельхознадзор [Офиц. сайт]. - Режим доступа: http://www.fsvps.ru/fsvps/iac/rf/reports.html.
22. Alper T. Development of the “Sterne strain” of anthrax / T. Alper // Salisbury medical bulletin - special supplement. - №87. - 1995.
23. Auerbach, S. Studies on immunity in anthrax. VI. Immunizing activity of protective antigen against various strains of Bacillus anthracis / S. Auerbach, G.G. Wright // J. Immunol. - 1955. Vol. 75. - P. 129133.
24. Ivins, B.E. Cloning and expression of the Bacillus anthracis protective antigen gene in Bacillus subtilis / B.E. Ivins, S.L. Welkos // Infect. Immun. - 1986. Vol. 54. - P. 537-542.
25. Ivins, B.E. Transposon Tn916 mutagenesis in Bacillus anthracis / B.E. Ivins, S.L. Welkos, G.B. Knudson, D.J. LeBlanc // Infect. Immun. - 1988, Vol.56. - P. 176 - 181.
26. Koya V. Plant-based vaccine: mice immunized with chloroplast-derived anthrax protective antigen survive anthrax lethal toxin challenge / V. Koya, M. Mooyeri, S.H. Leppla [et al] // Infect. and Immun. - 2005. -Vol.73, N.12. - P. 8266-8274.
27. Leppla, S. Proteolytic activation of anthrax toxin bound to cellular receptors / S. Leppla, A. Friedlander, E. Cora // Zbl. Bakt. Suppl. 17. 1988. - P. 111-112
28. Pasteur L. Summary report of the experiments conducted at Pouilly-le-Fort, near Melun, on anthrax vaccination / L. Pasteur, C. Chamberland, E. Roux // Yale J. Biol. Med. - 2002; - Vol. 75. - P. 59-62.
29. Puziss, M. Large-scale production of protective antigen of Bacillus anthracisin anaerobic cultures / M. Puziss, L.C. Manning, J.W. Lynch [et al.] // Appl. Microbiol. - 1963. - Vol. 11. - P. 330-334.
30. Shlyakhov E. Immunological diagnosis in vivo and acapsular anthrax vaccine: a pioneer achievement of Romanian medical science / E. Shlyakhov, A. Vafa, E. Platkov // The Journal of preventive medicine. -2001.-P. 52-56.
31. Singh, Y. A deleted variant of Bacillus anthracis protective antigen is non-toxic and blocks anthrax toxin action in vivo / Y. Singh, V.K. Chaudhary, S.H. Leppla // J. Biol. Chem. - 1989. - 264. - P.19103 -19107.
32. Sterne, M. Anthrax / M. Sterne // Infectious Diseases of Animals. Diseases Due to Bacteria (Eds. Stableforth, A.W. and Galloway, I.A.). - Butterworths; London, 1959. - P.16-52.
33. Sterne M. The effect of large-scale active immunization against anthrax / M. Sterne, J. Nichol, M.C. Lambrechts // J. S. African Vet. Med. Assoc. - 1942. - Vol. 13. - P. 53-63.
34. Turnbull, P.C.B. Antibodies to anthrax toxin in humans and guinea pigs and the irrelevance to protective immunity / P.C.B. Turnbull, S.H. Leppla, M.G. Broster, [et al.] // Med. Microbiol. Immunol. - 1988. - P. 293-303.
35. Turnbull P.C.B. Anthrax vaccines: past, present and future / P.C.B. Turnbull // Vaccine, 1991. - Vol. 9. -P.533-539.
36. Turnbull P.C.B. Current status of immunization against anthrax: old vaccines may be here to stay for a while / P.C.B. Turnbull // Curr. Opin. Infect. Dis. - 2000. - Vol.13. - P. 113-120.
37. Turnbull, P.C.B. Development of antibodies to protective antigen and lethal factor components of anthrax toxin in humans and guinea pigs and the irrelevant cetoprotective immunity / P.C.B. Turnbull, M.G. Broster, J.A. Carman [et al.] // Infect. Immun. - 1986. - Vol. 52. - P.356-363
38. Wright, J.F. Use of Anthrax Vaccine in the United States. Recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP) / J.F. Wright, C.P. Quinn, S. Shadomy, N. Messonnier // Morbidity and Mortality Weekly Report (MMWR), 2009. - Vol.59. - № RP-06.
