От хомяков до обезьян: как животные помогают ученым бороться с COVID-19

Различные виды животных помогают ответить на разные вопросы о заболевании COVID-19 у людей, что необходимо для разработки вакцин и методов лечения.

Одной из самых необычных особенностей SARS-CoV-2 является широкий спектр тяжести заболеваний людей – от легких или бессимптомных инфицирований до смертельных случаев. Создание моделей на животных, отражающих такое клиническое разнообразие, очень важно. 

Воспроизводить серьезные заболевания особенно сложно, но исследования коронавирусов, которые в прошлые годы вызвали вспышки тяжелого острого респираторного синдрома (SARS) и ближневосточного респираторного синдрома (MERS), заложили существенную основу. 

Основные лабораторные животные для экспериментов – мыши, и у исследователей уже есть много инструментов для работы с ними. К сожалению, эти грызуны, хотя и не застрахованы от инфекции, похоже, не испытывают каких-либо побочных эффектов от заражения новым вирусом. То же самое относится и к атипичной пневмонии, хотя там две стратегии оказались эффективными: адаптация мышей к вирусу и адаптация вируса к мышам.

Измененные мыши и модифицированные вирусы

В 2007 году микробиолог Стэнли Перлман из Университета Айовы (США) и его коллеги генетически модифицировали мышей для создания человеческой версии рецептора ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2), который оригинальный вирус SARS использовал для фиксации на клетках. Болезнь была смертельной для этих мышей. SARS-CoV-2 использует тот же рецептор, поэтому грызуны с модифицированным hACE2 также уязвимы к новому вирусу. Эта техника полезна для тестирования лекарств, применяемых для лечения зараженного животного. 

Другие ученые редактируют геном вируса, чтобы позволить ему присоединиться к рецептору мыши. Вирусолог Канта Суббарао из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США и ее коллеги пошли другим путем: они создали штамм вируса атипичной пневмонии, смертельный для обычных мышей. Исследователи использовали технику, называемую «последовательный пассаж для повышения инфекционного титра вируса», путем передачи его от одной мыши к другой. После 15 циклов они создали штамм SARS, который был на 100% смертельным для грызунов. Изучение генетических мутаций в вирусе позволило узнать кое-что о том, как вирус вызвал заболевание. 

Хотя мыши hACE2, скорее всего, будут восприимчивы к новому коронавирусу, у них может быть гораздо более легкое течение заболевания, чем при SARS. Теперь путем серийного пассажа SARS-CoV-2 адаптируют у мышей hACE2, то есть с человеческой версией рецептора.

Хомяки и хорьки – супермодели для изучения SARS-CoV-2

Ранее ученые обнаружили, что хомяки полезны для изучения ОРВИ, поэтому некоторые исследователи используют их и для COVID-19. Команда из Университета Гонконга показала, что SARS-CoV-2 реплицируется у хомяков, вызывая некоторые повреждения легких, наблюдаемые у людей. Ни одно из животных не умерло, но были зафиксированы признаки болезни, включая потерю веса. Именно в опытах над хомяками было показано, что сыворотка крови выздоровевших животных, которую давали другим до заражения, снижала вирусный уровень.

Ученые также часто изучают респираторные заболевания у хорьков, поскольку физиология их легких похожа на человеческую. Команда из Южной Кореи обнаружила, что у хорьков, инфицированных SARS-CoV-2, была лишь повышенная температура, а вирус эффективно реплицируется только в верхних дыхательных путях, а не в нижних. И это не отражает тяжелые заболевания у людей. Ученым еще предстоит выяснить, почему.

Что расскажут ближайшие родственники – обезьяны

Приматы являются «золотым стандартом» в тестировании человеческих вакцин и лекарств. В исследовании, опубликованном в марте вирусологом Чуань Цинь из Китайской академии медицинских наук, было обнаружено, что вирус размножается в носу, легких и кишечнике макак-резусов. Животные также показали признаки пневмонии. Кроме того, эти исследования выявили, что выздоровевшие обезьяны не могут быть повторно заражены. 

Американская команда также продемонстрировала в предварительном исследовании, что инфицированные макаки-резусы, получавшие противовирусный ремдезивир (который недавно был одобрен для экстренного применения при лечении пациентов с COVID-19), имели более слабые симптомы и патологию легких.

Основным преимуществом исследований на животных является контроль над протеканием болезни. «С людьми вы не знаете, когда они заражаются, и что именно происходит, – говорит Перлман. – Вы можете гораздо лучше понять болезнь у экспериментально зараженного животного, поскольку имеете возможность манипулировать параметрами, такими как путь воздействия, доза и время заражения. Тот же принцип применяется для получения данных об эффективности и безопасности лекарств и вакцин. У вас никогда не будет такого контроля в клинических испытаниях. Поэтому животные модели важны и необходимы для поиска лечения».

Почему не стоит торопиться с вакциной

Существование кандидатов на вакцину против SARS-CoV-2, частично основанных на разработках для SARS, привело к тому, что некоторые стратегии вакцинации пропустили этап тестирования на животных. Срочная необходимость, отсутствие устоявшихся животных моделей и предыдущий опыт использования некоторых вакцинных платформ – все это сократило длительность испытаний. 

Тот факт, что стратегии вакцинации уже были проверены на людях, даже если они использовались для других патогенных микроорганизмов, дает определенную уверенность в отношении безопасности. Однако в предыдущих исследованиях на животных есть данные о том, что вакцины иногда могут усугублять заболевание, в том числе посредством явления, известного как антителозависимое усиление инфекции. «Если бы такая проблема возникла с вакциной COVID-19, то вы бы хотели это знать?» – вопрошает Ларри Шлезингер, президент Texas Biomed. 

Ученым также необходимо понимать иммунные реакции. Последние данные из Китая свидетельствуют о том, что не каждый зараженный вирусом генерирует достаточное количество защитных или «нейтрализующих» антител, чтобы получить устойчивый иммунитет. К тому же SARS-CoV-2 существует недостаточно долго, чтобы можно было понимать, сколько продержится иммунная защита. А это имеет огромное значение для того, как будет выглядеть вакцина.

Сейчас проводятся испытания на людях уже нескольких вакцин против SARS-CoV-2. Но чтобы постигнуть вирус и научится бороться с ним, исследователи должны досконально изучить его на лабораторных животных.