Epidemiological, cellular, genetic and epigenetic aspects of biosafety

Толық мәтін

XXI век ознаменовал собой эпоху глобальных перемен, однако, несмотря на все научные и практические достижения, проблемы инфекционной патологии до сих пор не утрачивают своей актуальности. По данным ВОЗ, инфекционные болезни занимают третье место в структуре общей смертности в мире [1]. До пандемии COVID-19 в России ежегодно регистрировалось 32–37 млн случаев инфицирования, в 2021–2022 гг. – более 50 млн. В 2022 г. прямой и косвенный ущерб составил более 1.6 трлн руб. В целом в период пандемии в мире зарегистрировано более 770 млн случаев заражения и 7 млн смертей, в России – более 23 млн и 400 тыс. соответственно [2]. Сохраняется неблагоприятная международная эпидемиологическая ситуация по ряду болезней, в том числе с чрезвычайно высоким риском распространения и тяжёлыми последствиями для общественного здравоохранения.

Наряду с ростом заболеваемости серьёзную угрозу национальной биологической безопасности представляют эпидемические и эпизоотические вспышки новых и вновь возникающих инфекций, таких как лихорадки Эбола, Денге и Зика, тяжёлый острый респираторный синдром (SARS), ближневосточный респираторный синдром (MERS) и др. Большинство из них характеризуются внезапностью, высокой смертностью, отсутствием специфических методов диагностики и лечения, а также значительным уровнем затрат на проведение противоэпидемических мероприятий. В настоящее время проблема биобезопасности чрезвычайно актуальна для всех стран в связи с расширением спектра реальных и потенциальных угроз для здоровья и благополучия человека, общества и окружающей среды со стороны опасных агентов биологической природы [3–6].

Пандемия новой коронавирусной инфекции наглядно продемонстрировала миру его уязвимость. Очевидно, что своевременная и точная диагностика – важнейшее условие эпидемиологического благополучия населения. С учётом этого в целях реализации “Концепции технологического развития Российской Федерации до 2030 года” (распоряжение Правительства РФ № 1315-р от 20.05.2023 г.) нужно наладить систему биобезопасности, основанную на быстром внедрении инноваций в медицинские, биотехнологические, химические и информационные области, которые играют главную роль в обеспечении технологического и экономического суверенитета России.

Стремительное развитие ряда смежных с эпидемиологией фундаментальных наук (в первую очередь иммунологии, вирусологии и генетики) привело, с одной стороны, к расширению представлений о биологии возбудителей и факторах их патогенного воздействия, с другой – к пониманию механизмов резистентности потенциального хозяина. Таким образом, пришло осознание, что взаимодействие возбудителей инфекционных заболеваний и вовлекаемых в эпидемический процесс людей и животных в действительности значительно более сложное, нежели это представлялось ранее.

Анализ показал, что основные эпидемические проявления COVID-19 соответствуют положениям теории саморегуляции паразитарных систем В.Д. Белякова и обусловлены наличием фазовой внутренней перестройки популяции SARS-CoV-2 на фоне лабильных социальных и природных условий [7]. Подтверждением ключевого положения теории о фазности развития эпидемического процесса служит динамика заболеваемости COVID-19. Первые случаи в России зафиксированы в феврале-марте 2020 г. и ознаменовали начало пpедэпидемического периода, когда присутствовали лишь единичные инфицированные лица, численность возбудителя была невелика, а её гетерогенность имела минимальную выраженность за счёт абсолютного преобладания в ней маловирулентных особей. Начиная с мая 2020 г., вследствие пассажа через восприимчивых людей, началось повышение вирулентности и численности популяции нового коронавируса, которые предшествовали росту заболеваемости среди населения, то есть процесс перешёл в фазу эпидемического преобразования, а затем – эпидемического распространения. Всё это сопровождалось более тяжёлыми случаями болезни и высокой летальностью. Первый этап развития пандемии на территории России (март 2020 г. – январь 2021 г.) обусловлен неоднородностью (гетерогенностью) взаимодействующих популяций возбудителя и человека, а также введением мер неспецифической профилактики и ограничительных противоэпидемических мероприятий. В это период были отмечены два подъёма и два спада заболеваемости, регулируемые социальными и природными факторами [3].

Второй этап пандемии COVID-19 (с января 2021 г. по настоящее время) обусловлен изменением биологических свойств вируса SARS-CoV-2 с последующей сменой превалирующих геновариантов (альфа-, бета-, гамма-, дельта- и омикрон) и стартом массовой специфической иммунопрофилактики [8]. Уже зафиксировано пять подъёмов и спадов заболеваемости, что, вероятно, связано с эволюцией вируса и становлением его эпидемического варианта при закономерном изменении иммунологической структуры популяции человека в цепи циркуляции возбудителя. Фазовая самоперестройка вируса привела к снижению его вирулентности и численности, что сопровождалось уменьшением тяжести протекания болезни, числа госпитализированных и умерших и может свидетельствовать о наступлении фазы резервационного преобразования.

Грядущая фаза резервации коронавируса угрожает ему исчезновением, поэтому сохранение возбудителя как биологического вида невозможно без эволюционного развития. Этому способствуют нестабильность генома и мутации, а также расширение диапазона гетерогенности популяции SARS-CoV-2 за счёт циркуляции мало- и высоковирулентных вариантов с последующим стабилизирующим отбором и преобладанием эпидемического характера возбудителя. Поэтому резервация всегда балансирует на грани с фазой эпидемического преобразования, когда в естественном отборе появляются и получают преимущество новые штаммы, которые могут обходить ранее сформированную человечеством защиту, ускользая от вакцин и постинфекционного иммунитета [7].

Неизбежность будущих пандемий обусловливает потребность в технологиях снижения их негативного воздействия на население путём разработки специфических вакцин и организации их массового производства. Наряду с исследованиями, нацеленными на совершенствование традиционных вакцин (РНК- и ДНК-вакцины, клеточные вакцины), которые основаны на индукции адаптивного иммунитета, перспективным представляется создание универсальных вакцин, механизм действия которых использует неспецифический врождённый иммунитет. При появлении неидентифицированного патогена они позволили бы защищать население и снижать тяжесть заболевания до момента выпуска специфических к данному возбудителю вакцин.

Врождённый иммунитет служит первой линией защиты от патогенов (рис. 1), а затем присоединяется основная, адаптивная ветвь иммунной системы. Врождённый иммунитет включает в себя несколько уровней защиты, один из которых – клеточный компонент – представляет собой быстрый (от минут до часов и дней) иммунный ответ хозяина, характеризующийся неспецифическим распознаванием различных высококонсервативных микробных молекулярных структур клеточными рецепторами распознавания образов иммунных (моноциты/макрофаги и дендритные клетки [9–12]) и неиммунных клеток (эпителий). Напротив, адаптивный иммунитет отличается высокой специфичностью к определённым микробным инфекциям, и требуется от нескольких дней до двух недель для эффективного гуморального и клеточного ответа. Он распознаёт и атакует патогены по специфическим антигенам, формирует иммунологическую память, что позволяет в следующий раз быстрее инициировать иммунный ответ на данный антиген.

Имеются убедительные доказательства того, что живые бактериальные или вирусные вакцины (БЦЖ, вакцины против кори и полиомиелита) оказывают гетерологичное защитное действие против неродственных патогенов. Это связано со способностью врождённого иммунитета хранить память о прошлых инфекциях и использовать её для выработки иммунной защиты против новых. Данный эффект получил название “обученного” или “тренированного” иммунитета, характеризующегося усилением врождённых иммунных ответов после первоначального контакта с патогенами на последующие воздействия и представляющего собой форму врождённой иммунологической памяти [13].

Индукция тренированного иммунитета была продемонстрирована в таких миелоидных клетках, как моноциты, макрофаги, дендритные клетки и нейтрофилы, а также в лимфоидных клетках – естественных клетках-киллерах и врождённых лимфоидных клетках. Для объяснения долговременной защиты, вызванной таким иммунитетом, рассматриваются два механизма: перепрограммирование клеток-предшественников костного мозга (центральный тренированный иммунитет) и функциональные изменения популяций тканевых клеток (периферический иммунитет) [14].

 

Рис. 1. Характеристика врождённого и приобретённого иммунитета на примере реакции на БЦЖ

 

Показано, что живые аттенуированные вакцины (БЦЖ, вакцины против кори, пероральная вакцина против полиомиелита) снижают смертность не только от перечисленных заболеваний, но и от других, гетерологичных, инфекций, что может быть связано с неспецифическим врождённым иммунитетом. Этот эффект наблюдался в странах с низким доходом [15–17], хотя исследования, проведённые в более обеспеченных странах, дали противоречивые результаты. Тем не менее вакцинация БЦЖ была предложена для защиты от Staphylococcus aureus – инфекции, возникающей при хирургических вмешательствах, а также Leishmania. Таким образом, можно рассчитывать на то, что уже известные вакцины против различных патогенов могут оказаться полезными против новых, включая COVID-19 [18–20].

Взаимодействие врождённой и адаптивной иммунных систем играет главную роль в защитных реакциях организма. Миелоидные клетки врождённой иммунной системы способны воспринимать микробные лиганды, нарушения клеточного гомеостаза и факторы вирулентности, передавая специфическую информацию наивным Т-клеткам в форме продуктов патогенного происхождения и цитокинов.

Функциональные изменения, связанные с индукцией тренированного иммунитета, сохраняются не менее года, хотя эпидемиологические исследования показали и более долгосрочные воздействия (до 5 лет) в случае неспецифической защиты вследствие вакцинации [14, 21–23]. Вакцины, основанные на тренировке иммунитета, могли бы служить мощными иммунными стимуляторами, содействовать уничтожению возбудителей в организме за счёт гетерологичных эффектов и обеспечивать защиту от специфических и неспецифических патогенов [19, 20, 24] (рис. 2).

Современный уровень иммунологии и молекулярной биологии позволяет получать рекомбинантные вакцины, в частности БЦЖ [25, 26], модифицированные генами, продукты которых способствуют лучшей активации клеток врождённого иммунитета. Рекомбинантные варианты, экспрессирующие различные антигены, могут оказаться полезными как для введения антигенов SARS-CoV-2 (rBCG-SARS-CoV-2) для индукции длительного иммунитета [27], так и для предварительной профилактики против неизвестного патогена до создания конкретной вакцины. С помощью явления тренированного иммунитета можно найти подход к улучшению существующих или разработке новых вакцин, сочетающих индукцию классической адаптивной и врождённой иммунной памяти. Эти методы могут быть усилены с помощью генетических технологий. Соответствующие работы ведутся в России и за рубежом [28–30]. Генетика и эпигенетика биобезопасности должны быть выделены в новое междисциплинарное направление фундаментальных наук и ориентироваться на решение задач, критически важных не только для обеспечения национальной безопасности, но и в целом для достижения независимости и конкурентоспособности технологических разработок в гражданском и оборонном секторах экономики.

В настоящее время наряду с выявлением ДНК возбудителя ведётся поиск методов оценки изменения активности генов человека в ответ на вирусную инфекцию. Генный ответ организма-хозяина включает специфичные и неспецифичные изменения активности генов для конкретного вида возбудителя, указывающие на инфицирование, что позволяет установить заражение в том числе и не изученными ранее агентами. Изменение активности генов может быть обнаружено по смене профиля метилирования избранных участков ДНК, а именно, CpG-сайтов в регуляторных участках генов. В геноме человека почти 20 тыс. генов, их набор во всех клетках одинаков, однако сами клетки различаются, так как в каждой работает свой набор генов, в то время как остальные “молчат”.

 

Рис. 2. Схема создания рекомбинантных вакцин, нацеленных на клетки врождённого иммунитета

 

Как и прочие вирусы, SARS-Cov-2 меняет активность генов человека, чтобы гарантировать своё размножение. Одновременно клетка отвечает на инфицирование, активируя соответствующие гены защиты [31–33]. Развитие вирусной инфекции начинается с процесса модификации генома человека (немутационное и ненаследуемое изменение ДНК) после попадания вируса в клетку. Модификация заключается в присоединении метильной группы (метилирование), либо её удалении (деметилирование) из динуклеотидов CpG в молекуле ДНК генома человека. В результате специфической смены профиля метилирования ДНК меняется и профиль активности генов, продукты которых нужны для образования частиц вирусного потомства. При выздоровлении профили метилирования и активности генов хозяина возвращаются к норме.

По анализу профиля модификации ДНК в клетках крови можно диагностировать любое заболевание, установить тип возбудителя и его вариант, вероятный исход болезни как природного, так и лабораторного происхождения. Для этого нужно определить и сравнить направление и уровень метилирования каждого гена у здоровых и инфицированных индивидов. Профиль метилирования специфичен для вируса одного вида (например, SARS-Cov-2) у разных заражённых, но отличается от профиля другого вируса (например, вируса гриппа). Таким образом, это открыло новый способ диагностики конкретного возбудителя по регистрируемому профилю изменений в геноме заражённого им человека. Положение сайтов CpG в геноме, уровень метилирования которых меняется после возникновения инфекции, можно определить с помощью разработанной в России технологии анализа метилирования на оригинальной ферментной базе (фермент GlaI). Рестриктаза GlaI расщепляет только те участки ДНК, которые содержат метилированный цитозин в составе нуклеотидной последовательности RCGY (пурин-динуклеотид CpG – пиримидин). Поскольку рестриктаза GlaI произведена в России, у нас сохраняются все интеллектуальные права на неё [34–36]. Схема метода полногеномного анализа метилирования генома человека представлена на рисунке 3.

Сравнение профилей метилирования ДНК в геноме человека до и после инфекции выявляет каждый дифференциально метилированный цитозин и его координаты путём маркировки прилежащих генов с возможно изменённым уровнем активности в данной хромосоме-гомологе, которые могут оказаться жизненно важными для вируса. Транскрипты таких генов представляют собой потенциальные терапевтические мишени, разрушение которых блокирует образование дочерних вирусных частиц и тормозит развитие инфекции, что даёт время иммунной системе наработать специфические антитела и обеспечить облегчённое течение заболевания или более быстрое выздоровление.

 

Рис. 3. Отличия эпигеномного секвенирования от геномного (разработка С.Х. Дегтярёва)

 

Изменение состава набора мРНК в клетках человека (редактирование транскриптома) позволит разработать новые средства терапии и профилактики инфекционных заболеваний. Для этого в транскриптоме необходимо найти именно ту часть транскриптов-мишеней, которая необходима вирусу для его развития, формирования дочерних частиц и их передачи следующему хозяину, при этом избежать поражения тех молекул мРНК, которые активированы организмом для самозащиты и последующего выздоровления.

Диагностика и прогноз течения инфекционного заболевания включают анализ метилирования ДНК, установление различий между здоровыми и больными, выбор мишеней для терапии и профилактики:

• идентификация генов человека, активность которых необходима вирусу, но не самому человеку, и генов, обеспечивающих защиту;
• разрушение мРНК-мишеней (транскриптов генов человека) за счёт РНК-интерференции текст-специфическими синтетическими молекулами РНК.

Показано, что при поражении вирусом гриппа одновременное подавление в инфицированной клетке экспрессии двух и более генов (FLT4, Nup98 и Nup205) значительно снижает число образованных в ней дочерних вирусных частиц [37].

Один из основных инструментов борьбы с инфекционными болезнями – точная и своевременная диагностика. Современные технологии диагностики включают: поиск нуклеиновых кислот возбудителя с помощью различных методов их амплификации (полимеразная цепная реакция (ПЦР) или изотермическая амплификация); выявление антигенов или антител к возбудителю с помощью серологической диагностики путём иммуноферментного или иммунохроматографического анализа; технологии с использованием биочипов; различные методы секвенирования, в том числе секвенирование нового поколения (NGS); технологии редактирования генома – современное направление в производстве диагностических наборов.

Важным результатом борьбы с пандемией стало создание новой платформы для молекулярной диагностики с помощью одного из методов изотермической амплификации – петлевой изотермической амплификации LAMP (ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора) [38]. В данном подходе 4–6 праймеров обеспечивают высокую специфичность системы и лавинообразное накопление продуктов реакции. Полимераза с вытесняющей активностью допускает проведение реакции при одинаковой температуре. Время анализа при этом составляет всего 25–30 мин.

Секвенирование нового поколения – безусловно одна из прорывных технологий идентификации патогенов. Активное развитие подходов и технологий NGS-секвенирования привело к кардинальному снижению стоимости прочтения геномов, повышению производительности платформ и уменьшению числа ошибок. Сфера применения данной технологии в биологии и медицине включает диагностику наследственных и онкологических заболеваний, генетические исследования, поиск возбудителей инфекционных заболеваний, генотипирование бактериальных и вирусных патогенов, наблюдения за их изменчивостью, кроме того, она внедрена в криминалистику и множество других областей.

При изучении патогенов вирусной природы секвенирование нового поколения позволяет выявлять этиологический фактор заболевания, проводить мониторинг изменчивости патогена, обнаруживать филогенетические связи, устанавливать пути передачи возбудителя, проводить расследование причин вспышек заболеваемости. Основное его преимущество – возможность обнаружения и идентификации неизвестных ранее патогенов. В технологии NGS для работы с полными геномами вирусных патогенов используют два основных подхода: метагеномный – универсальный метод исследования тотальных ДНК/РНК, выделенных из биологического материала, с целью детектирования неизвестных патогенов и изучение уже известных с помощью обогащения образцов путём амплификации целевых нуклеиновых кислот с набором специфических праймеров. Это повышает чувствительность системы и одновременно существенно снижает стоимость проведения опытов [39, 40].

В ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора разработана собственная панель для амплификации генома коронавируса SARS-Cov-2. Модифицированные праймеры позволяют создавать полногеномные библиотеки для секвенирования в два этапа ПЦР, минуя дорогостоящие и трудоёмкие стадии. Панель обеспечивает оптимальный охват и качество данных NGS на платформах Illumina™, что обусловливает невысокую себестоимость секвенирования полного генома. В случае с COVID-19 молекулярно-генетический мониторинг изменчивости генома вируса стал важным направлением эпидемиологических исследований, так как это помогло установить связи между циркулирующими геновариантами вируса и особенностями проявления эпидемического процесса. В рамках исполнения постановлений Правительства РФ (№ 448 от 23.03.2021 г., № 2178 от 02.12.2021 г., № 2395 от 23.12.2022 г.) специалисты Роспотребнадзора развернули масштабные работы по секвенированию и биоинформатическому анализу геномов коронавируса SARS-CoV-2 и выявлению как известных, так и новых его вариантов.

В 2021 г. на базе ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора в соответствии с постановлением Правительства РФ от 23.03.2021 № 448 “Об утверждении Временного порядка предоставления данных расшифровки генома возбудителя новой коронавирусной инфекции (COVID-19)” была создана национальная платформа VGARus (Virus Genome Aggregator of Russia, свидетельство о государственной регистрации № 2021621178 от 02.06.2021 г.) с целью агрегирования и анализа данных о геномах вирусов SARS-CoV-2, обнаруженных в России. Платформа позволяет осуществлять централизованный сбор и анализ данных о структуре и динамике установленных вариантов вируса и, соответственно, оперативно оценивать эпидемическую ситуацию в стране и принимать эффективные меры по её контролю (genome.crie.ru) [8, 41–44].

В настоящее время продолжается депонирование данных секвенирования на платформе, включая соответствующие метаданные, активно расширяется спектр анализируемых геномов возбудителей других инфекционных болезней. К платформе подключены более 150 организаций, 60 секвенирующих лабораторий. В проекте участвуют Россия, Республика Беларусь и Республика Армения. Передача информации осуществляется по защищённым каналам связи. Всего загружено 318 388 геномных последовательностей (195 944 – полные), в том числе SARS-CoV-2 – 299 404 (194 242 – полные).

В апреле 2021 г. Президент РФ В.В. Путин в своём послании к Федеральному собранию обозначил основные направления в построении современной системы управления санитарными и биологическими рисками в стране. Один из ключевых тезисов – формирование мощного и надёжного щита в области санитарной и биологической безопасности с максимально возможным использованием отечественных компонентов и оборудования. Особо отмечена потребность в технологиях, которые позволят производить тест-системы для выявления патогенов за четыре дня. Срок исполнения поручения – к 2030 г. Для быстрой разработки тест-систем необходимо прежде всего развивать научный и производственный потенциал следующих ключевых компонентов наборов для ПЦР: ферменты, олигонуклеотиды, контрольные образцы и наборы для выделения и очистки ДНК/РНК из различных биоматериалов. Следует отметить, что эти компоненты входят в состав всех наборов реагентов, основанных на методах амплификации нуклеиновых кислот (МАНК).

Стратегию создания тест-систем на основе МАНК, в том числе за четыре дня, можно разбить на несколько этапов. Для начала необходимы сведения о геноме возбудителя. Это может быть как информация из базы данных геномов, например, платформы VGАRus, так и геномная последовательность, полученная различными методами секвенирования. Далее следует моделирование олигонуклеотидных последовательностей (праймеров и флуоресцентных зондов) для будущего набора. Затем осуществляется подбор оптимального эффективного метода выделения и очистки ДНК/РНК и ферментов с целью создания высокочувствительного теста. На завершающем этапе после сбора всех необходимых компонентов проводится тестирование набора на клинических образцах и определяются его аналитические характеристики.

Олигонуклеотиды (праймеры и флуоресцентрые зонды) – одни из ключевых компонентов любого ПЦР-набора. Пандемия коронавирусной инфекции показала, что препятствием для быстрого масштабного выпуска тестов в формате ПЦР и изотермической амплификации служат недостаточно быстрые разработка и синтез олигонуклеотидов. Причём проблемы возникали как с синтезом в малых количествах, так и в больших объёмах для промышленного выпуска наборов. Кроме того, олигонуклеотиды используются при секвенировании нуклеиновых кислот, сборке генов, клонировании в качестве аптамеров и т.д. Поскольку ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора обладает ресурсами для олигосинтеза, ферментами собственного производства, а также возможностями для выпуска целого рядя наборов для выделения и очистки нуклеиновых кислот, под его эгидой можно за минимальный срок создать полноценную платформу для внедрения в производство ПЦР-наборов и протоколов для секвенирования.

В настоящее время при производстве наборов реагентов для молекулярной биологии активно используются самые разнообразные ферменты: ДНК-зависимые ДНК-полимеразы (полимераза Taq, полимераза для горячего старта TaqF, полимераза Bst); ДНК-зависимая РНК-полимераза бактериофага Т7; РНК-зависимые ДНК-полимеразы или обратные транскриптазы/ревертазы (ревертаза MMLV, ревертаза AMV); рибонуклеаза H, урацил-ДНК-гликозилаза (УДГ), протеиназа К. Отметим, что институт ведёт работу по увеличению эффективности ферментов, повышению их устойчивости к всевозможным ингибиторам, получению новых ферментов для быстро развивающихся методов амплификации нуклеиновых кислот [45, 46].

Ферменты ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора не уступают по своим свойствам зарубежным аналогам, соответствуют критериям качества продукции, обеспечивают необходимый уровень каталитической активности, обладают устойчивостью к основным ингибиторам. Они служат основой наборов реагентов для выделения нуклеиновых кислот и широкого спектра тест-систем для диагностики заболеваний человека и животных как в формате ПЦР в режиме реального времени, так и LAMP и NASBA. Помимо самих ферментов, производятся соответствующие буферные растворы, формирующие оптимальные условия для их работы. Благодаря собственному производству стоимость ферментов практически в 50 раз ниже зарубежных.

Наборы реагентов для диагностики in vitro надёжны, не уступают зарубежным аналогам и остаются экономически выгодными для потребителей. Более 3 тыс. клинико-диагностических лабораторий, медицинских центров и государственных учреждений используют результаты научных разработок института в своей повседневной работе. В ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора уже зарегистрировано/задекларировано более 200 наборов реагентов, обеспечивающих диагностику свыше 120 инфекционных болезней человека, а также более 40 ветеринарных тест-систем. Ежегодный выпуск продукции достигает 1 млн единиц. В период пандемии COVID-19 объём производства был увеличен в 6 раз, а по отдельным наборам реагентов – в 40 раз! Поставка продукции осуществляется более чем в 40 стран.

Редактирование генома за короткое время лидирует среди технологий модификации генома и широко применяется в различных областях биотехнологии. Системы направленного редактирования генома CRISPR/Cas могут быть адаптированы для терапии таких социально значимых инфекций, как ВИЧ, наследственных и приобретённых заболеваний, в частности, рака, аутоиммунных и орфанных (редких) заболеваний. Кроме того, применение белков CRISPR/Cas поможет решить задачу своевременной диагностики.

Внедрены технологии получения белков направленного редактирования генома CRISPR/Cas. Более того, разработан и оптимизирован протокол лиофилизации белков CRISPR/Cas, позволяющий изготавливать активные препараты, пригодные для транспортировки и хранения при комнатной температуре. Уже к марту 2024 г. на территории института запланирован запуск полупромышленного цикла производства препаратов белков CRISPR/Cas для научно-исследовательских целей, создания терапевтических и диагностических препаратов. Первая очередь производства будет включать восемь лиофильно высушенных ферментов CRISPR/Cas, в том числе высокоочищенных с низким содержанием бактериальных эндотоксинов. Такая линейка продукции белков полностью обеспечит потребность российских учёных, облегчит бремя импорта и будет способствовать технологической независимости России в области редактирования генома.

Для производства диагностических наборов нового поколения создан метод выявления единичных копий нуклеиновых кислот возбудителей инфекционных заболеваний, основанный на CRISPR/Cas-детекции, которая позволяет с высокой чувствительностью находить единичные копии нуклеиновых кислот в образцах после предварительной амплификации. Институт готовится к внедрению в производство платформенных решений по подготовке диагностических систем на основе амплификации, совмещённой с CRISPR/Cas-детекцией. Это даст возможность использовать уникальные тест-системы, не требующие высокотехнологичного оборудования (которые можно применять в том числе в полевых условиях, а также у постели больного). Налажены разработка современных тест-систем, новых технологий диагностики инфекционных болезней, производство высокотехнологичной продукции замкнутого цикла, включающее основные критически важные компоненты диагностических наборов (олигонуклеотиды, ферменты, контрольные образцы).

В России нужно осуществлять геномный и эпигеномный эпидемиологический надзор, реализовать научные проекты в области создания и совершенствования молекулярно-биологических методов диагностики возбудителей новых и возвращающихся инфекционных болезней, в том числе на основе современных технологий редактирования генома. Формирование платформ для конструирования универсальных рекомбинантных вакцин, активных против широкого спектра патогенов, требует расширения научных исследований реакций иммунной системы на рекомбинантные микроорганизмы, содержащие гены стимуляторов врождённого иммунного ответа. Благодаря анализу геномов и транскриптомов, а также эпигенетической информации открывается возможность идентифицировать мишени, наиболее перспективные для терапии и профилактики заболеваний, в том числе РНК-мишени, разрушающиеся вследствие РНК-интерференции. Развитие комплексного подхода к реализации системы геномного эпидемиологического надзора с учётом последних достижений фундаментальных исследований в вирусологии, иммунологии, биотехнологии позволит внести существенный вклад в обеспечение биологической безопасности Российской Федерации.

Авторлар туралы

V. Akimkin

Central Research Institute for Epidemiology

Email: vgakimkin@yandex.ru

академик РАН

Ресей, Moscow

V. Zverev

I.I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Serums; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: vitalyzverev@outlook.com

академик РАН

Ресей, Moscow; Moscow

M. Kirpichnikov

M.V. Lomonosov Moscow State University; The Russian Academy of Sciences

Email: kirpichnikov@inbox.ru

академик РАН, заведующий кафедрой биоинженерии 

Ресей, Moscow; Moscow

E. Sverdlov

Research Center “Kurchatov Institute”

Email: edsverd@gmail.com

академик РАН

Ресей, Moscow

V. Starodubov

The Russian Academy of Sciences; Central Research Institute for Organization and Informatization of Healthcare of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: starodubov@presidium.ras.ru

академик РАН

Ресей, Moscow; Moscow

N. Yankovskyd

M.V. Lomonosov Moscow State University; N.I. Vavilov Institute of General Genetics

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: yankovsky@vigg.ru

академик РАН

Ресей, Moscow; Moscow

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар