Разработка противовирусных препаратов — очень сложный процесс. В настоящее время более 60 препаратов одобрены для применения человеком против таких вирусов, как вирус простого герпеса (ВПГ), ВИЧ-1, цитомегаловирус, вирус гриппа, гепатит В и С. Успехи в этой области были достигнуты благодаря усилиям и техническим прорывам в различных областях науки. Рассказываем, какие события способствовали разработке современных противовирусных препаратов и какие тенденции ожидаются в этом направлении.
Особенности борьбы с вирусами
Вирусы коварны. Они маленькие, быстро мутируют и каждый день создают тысячи и тысячи копий самих себя. Вернее, инфицированные клетки производят эти новые копии вируса. Вирусы не могут воспроизводиться сами по себе — они инертны, пока не смогут заразить клетку.
И когда дело доходит до поиска лекарств, которые могут убить вирус, эти особенности становятся существенной проблемой: у вирусов не так много собственных белков и ферментов, на которые могли бы нацеливаться препараты. Горстка белков и ферментов, которые есть у вирусов, может выполнять одни и те же основные функции — позволяя вирусу проникать в клетки, размножаться и ускользать, чтобы делать это снова и снова, — но их последовательности и структуры различаются даже среди вирусов одного класса, не говоря уже о самом семействе вирусов.
Так что даже если вы разработаете лекарство против одного вируса, маловероятно, что вы сможете использовать его для лечения другого.
«Где у него кнопка?»
Противовирусная химиотерапия развивалась черепашьими темпами, в отличие от антибиотиков, которые за 30 лет достигли продвинутой терапевтической стадии. Важнейшие этапы уложились буквально в 34 года: от описания антибактериальной молекулы Сальварсана, «волшебной пули», Эльрихом в 1910 г., до открытия пенициллина Флемингом в 1929 г., до описания Домагком пронтозила, предшественника сульфаниламидов, в 1935 г., и выделения стрептомицина, хлорамфеникола, эритромицина и тетрациклина Ваксманом в 1944 году. Однако для разработки противовирусных препаратов потребовалось почти 60 лет, чтобы достичь нынешнего уровня эффективности.
На протяжении десятилетий ученые не знали, есть ли у вирусов собственные ферменты. Исследователи предположили, что захваченные клетки просто построили новые копии вируса, используя собственные ферменты и белки клеток. Затем в 1967 году ученые открыли первый вирусный фермент, ДНК-зависимую РНК-полимеразу поксвируса. Этот фермент берет геном вируса, закодированный в ДНК, и транскрибирует его в РНК, чтобы начать производство новых вирусных белков. Как только исследователи определили эти первые вирусные ферменты, они поняли, что могут приступить к разработке лекарств, нацеленных на сами вирусы. Но прогресс был медленным.
Еще одним аспектом, который затруднял поиск противовирусных препаратов, было отсутствие структурированного и систематического метода разработки противовирусных препаратов. На ранних этапах большинство первых открытий противовирусных соединений были случайными, поскольку молекулы, первоначально разработанные для других целей, были выбраны в качестве кандидатов на противовирусные средства на основании их успеха в других медицинских дисциплинах. Эти методы обнаружения противовирусных средств были эмпирическими, и большую часть времени биологический механизм наблюдаемого противовирусного эффекта оставался неясным. Например, использование тио-семикарбазонов против вируса коровьей оспы, описанное в 1950 г. и использованное позднее в качестве антибактериального препарата против туберкулеза. В 1959 г. 5-йодо-2-дезоксиуридин был первоначально разработан для лечения рака, доказал свою противовирусную активность в отношении вируса герпеса, но
На момент открытия 5-йодо-2-дезоксиуридина было известно лишь несколько вирусов, вызывающих заболевания у людей. Первые противовирусные препараты были направлены на лечение герпеса, полиомиелита, оспы и гриппа, так как они были наиболее актуальными вирусными заболеваниями того времени. Некоторые из них, которые мы можем упомянуть, следующие: трифтортимидин (TFT) — аналог нуклеозида, используемый для лечения герпеса; аденин арабинозид (Ara-A) — аналог нуклеозида, против вируса простого герпеса; 2-(α-гидроксибензил) бензимидазол — для лечения полиомиелита; Марборан — для лечения оспы, и амантадин и римантадин — для лечения гриппа. Последние были идентифицированы с помощью традиционных биологических скрининговых анализов в начале 1960-х годов и показали ингибирующее действие на вирусы гриппа А в клеточных культурах и на животных моделях.
Как препараты от герпеса перевернули мир противовирусных лекарств
Огромным прорывом, который произошел благодаря лучшему пониманию взаимодействия вирус-хозяин, стало открытие 9-(2-гидроксиэтоксиметил) гуанина (ацикловира). Это был первый высокоселективный противовирусный препарат, являющийся субстратом для тимидинкиназы, кодируемой вирусом простого герпеса. Он проявлял прямое ингибирующее действие на репликацию вируса и практически не вызывал побочных эффектов на хозяина. Достижение селективной вирусной токсичности ацикловиром и другими подобными молекулами рассматривалось как начало новой терапевтической эры эффективной и безопасной противовирусной терапии.
Запатентованный в 1974 году и впервые одобренный для использования в 1980-х годах препарат преобразуется внутри клеток в форму, которая выглядит как компонент ДНК. Это обманом заставляет ДНК-полимеразу вируса включать версию препарата в растущие цепи ДНК, останавливая репликацию.
И в отличие от более ранних противовирусных препаратов, ацикловир полностью ингибирует вирусную ДНК-полимеразу, не останавливая собственный фермент клетки, что означает, что он вызывает очень мало серьезных побочных эффектов. С тех пор исследователи пытаются применить аналогичный подход, нацеливаясь на вирусные белки, не имеющие аналогов у человека.
Каждая стадия заражения и репликации вируса дает шанс вмешаться в работу вируса. Но поскольку вирусы кодируют лишь несколько собственных белков, может быть только один или два белка, на которые будет воздействовать лекарство. И эти вирусные ферменты могут иметь функции, которые также выполняют белки клетки-хозяина. Такое совпадение нежелательно, поскольку лекарственное средство в таком случае может непреднамеренно наносить вред клеткам человека.
Но оказалось недостаточно просто найти белок, на который может нацеливаться лекарство. К сожалению, перед противовирусным лечением возникли новые проблемы. Столкнувшиеся с лекарственным препаратом вирусы быстро начинали мутировать и вырабатывать устойчивость к препарату, и поэтому требования к успешной противовирусной терапии стали более сложными, включая многие аспекты, которые ранее не рассматривались.
Новые вызовы в 80-х
Одним из неоспоримых фактов является то, что большая часть современных знаний о вирусах и противовирусных препаратах исходит из изучения ВИЧ. Наука о противовирусных исследованиях стала широко известна, когда в начале 1980-х годов ВИЧ/СПИД стал основным вирусным заболеванием. Увеличение числа исследований противовирусной терапии, не имеющее себе равных, произошло, когда были зарегистрированы первые случаи ВИЧ. Азидотимидин (АЗТ), среди других уже существующих противовирусных молекул, оказался избирательно токсичным против ВИЧ. Однако именно при лечении ВИЧ медицина столкнулась с новыми препятствиями. Концепция резистентных штаммов была давно известна в микробиологическом мире, и на момент 80-х ВИЧ стал главным примером этой концепции.
ВИЧ был одним из первых хронических вирусных заболеваний, оказывающих значительное влияние на здоровье населения. Хотя противовирусные исследования и разработки были вызваны угрозой ВИЧ, многие пациенты с ВИЧ не реагировали на лечение. За открытием АЗТ последовало несколько других аналогов дидезоксинуклеозидов. Все эти препараты имеют схожее действие; после их фосфорилирования до трифосфатов они взаимодействуют как «терминаторы цепи» обратной транскриптазы ВИЧ, тем самым предотвращая образование провирусной ДНК.
Несмотря на то, что они имели большой успех, лекарственная устойчивость вируса вынудила лечение ВИЧ развиваться. Сегодня известно, что при планировании стратегии лечения вирусных хронических заболеваний необходимо учитывать два неизбежных и важных последствия противовирусной терапии. Во-первых, долгосрочная противовирусная терапия, учитывая ее природу, становится своего рода «естественным отбором» для самых живучих мутаций вируса, которые адаптируются и станут доминирующими штаммами. Устойчивые мутанты даже чаще встречаются при вирусной, чем при бактериальной инфекции, и это становится более очевидным при лечении хронических вирусных инфекций, таких как ВИЧ и гепатит С.
На сегодняшний день для разработки противовирусных препаратов используются не только эмпирические исследования. Важную роль сыграло развитие цифровых технологий, в частности методов компьютерного моделирования, которые позволяют спрогнозировать поведение вируса, взаимодействие его с препаратом и просчитать последующие варианты мутаций и скорость их появления.
Комментарии
Комментировать