Сельскохозяйственных животных против сибирской язвы
Романов В.Е.1, Шевцов А.Н.2
1 ФГБОУ ВО Вятская ГСХА, г. Киров, Россия
2 ФГБОУ ВО Вятский ГУ, г. Киров, Россия
Сибирская язва – особо опасное инфекционное заболевание людей и животных, известное человечеству более 15 веков.
Одним из показателей возбудителя сибирской язвы является относительно короткий инкубационный период вызываемого им заболевания. При естественных путях заряжения инкубационный период в среднем составляет 2-3 дня с колебаниями от нескольких часов до 6-8 дней.
Современная эпизоотическая обстановка по сибирской язве рассматривается отечественными учеными как стабильно неблагополучная. Это объясняется целым рядом причин. Во-первых, сибиреязвенные споры широко распространены в природе, обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды. Только на территории России зарегистрировано 35000 стационарно неблагополучных районов с почвенными очагами и скотомогильниками. Во-вторых, применение Bacillus anthracis в качестве средства биотерроризма констатируется как очевидный факт. В-третьих, культурально-морфологическая изменчивость сибиреязвенного микроба затрудняет идентификацию и, соответственно, своевременное и адекватное реагирование на складывающуюся обстановку [1, 2].
Особое место занимает внезапное заражение сельскохозяйственных животных и людей. Ярким примером служит эпизоотия сибирской язвы северных оленей в июле-августе 2016 г. на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. Причиной вспышки стала жаркая погода, в результате чего оттаяли скотомогильники, а также отмена с 2007 г. обязательной вакцинации оленей в этом регионе. За несколько недель был нанесен многомиллионный ущерб оленеводству, заболели люди, умер подросток и пало около 2400 животных. Смертность у человека при кожной форме заболевания составляет 10-20% без лечения и 1% при интенсивной антибиотикотерапии. Кишечная форма болезни приводит к летальности от 25 до 100%. В случае запоздалого лечения при легочной форме заболевания смертность достигает 100% [1, 2].
Одно из основных мест в борьбе с сибирской язвой занимает вакцинопрофилактика. В настоящее время для вакцинопрофилактики сибирской язвы в мире используется три вида вакцин: вакцина сибиреязвенная живая (на основе штаммов СТИ-1 и 55 ВНИИВВиМ), которая представляет собой лиофилизированную взвесь живых спор вакцинного штамма; вакцина сибиреязвенная комбинированная, состоящая из живых спор сибиреязвенного микроба вакцинного штамма СТИ-1 и сибиреязвенного протективного антигена (ПА); химическая вакцина, на основе сорбированного протективного антигена.
Таким образом, следует констатировать, что разработка эффективных средств иммунопрофилактики сибирской язвы является актуальной задачей.
Цель настоящего сообщения – показать, какие вакцинные препараты имеются в арсенале средств защиты от сибирской язвы в настоящее время, эффективность их использования и основные направления совершенствования вакцинопрофилактики этого заболевания.
История вакцинопрофилактики сибирской язвы тесно связана с ученым Н.Н. Гинсбургом, когда он из вирулентного штамма возбудителя сибирской язвы «Красная нива» 29 мая 1940 года выделил бескапсульный мутант, получивший название СТИ-1. На основе этого штамма начали получать живую сибиреязвенную вакцину для животных и людей. В 1945 г. за разработку и внедрение сибиреязвенной вакцины Н.Н. Гинсбургу и А.Л. Тамарину была присуждена Государственная премия. С последней четверти ХХ века в ветеринарной практике нашей страны нашла применение живая вакцина на основе нового штамма 55 ВНИИВВиМ.
В России для профилактики сибирской язвы используются, в основном, живая и крайне редко - комбинированная вакцина, а за рубежом – химическая и живая на основе штамма 34F2 Sterne для вакцинации животных.
Среди широко применяющихся за рубежом вакцин для людей наиболее известны сорбированная на геле гидроокиси алюминия американская химическая вакцина AVA (из протективного антигена штамма V 770-NP-1-R) и английская сорбированная на квасцах вакцина (из ПА штамма 34F2 Sterne) с большим, чем в AVA, количеством летального фактора (более 30%). В нашей стране химическая вакцина впервые была получена Н.И. Александровым с соавт. в 60‑х годах прошлого века [2].
Существенный вклад в практическую реализацию результатов научных исследований был внесен учеными и специалистами Центра военно-технических проблем биологической защиты Минобороны РФ (г. Екатеринбург). В 70-е годы прошлого столетия ими был разработан уникальный препарат, не имеющий аналогов в мире - вакцина сибиреязвенная комбинированная жидкая. В дальнейшем в г. Кирове была разработана сухая форма этой вакцины.
Эффективность комбинированной вакцины, по сравнению с вакцинами-прототипами, была оценена в экспериментах на кроликах и обезьянах при подкожном заражении животных спорами вирулентного штамма [2].
Таблица 1 - Напряженность иммунитета у кроликов, привитых различными дозами комбинированной вакцины и вакцинами-прототипами (n=5, X±I95)
| Вакцина | Доза | Показатели косвенных тестов иммунитета | Индекс резистентности, усл. ед | ||
| ПСС, индекс (Х±m) | ИФ, обратный титр (min-max) | ||||
| Комбинированная | 50∙106 спор 35 ИД50 ПА | 0,78±0,10 | 5,28 (4,23-6,59) | ||
| 50∙106 спор 17,5 ИД50 ПА | 0,51±0,8 | 2,64 (2,30-3,03) | |||
| 25∙106 спор 35 ИД50 ПА | 0,62±0,08 | 3,48 (2,79-4,34) | |||
| Живая | 100∙106 спор | 0,34±0,06 | 2,09 (1,88-2,31) | ||
| Адсорбированная химическая | 70 ИД50 ПА | 0,65±0,09 | 1,97 (1,75-2,25) |
Результаты этих исследований (табл. 1) показали, что комбинированная вакцина в равнозначных дозах обеспечивает формирование в 7-28 раз более напряженного иммунитета по сравнению с вакцинами-прототипами (живой и химической). Наибольшей эффективностью обладал препарат комбинированной вакцины, содержащий в своем составе 50 млн живых спор и 35 ИД50 ПА (для белых мышей).
Дальнейшие исследования (табл. 2) показали, что уже на 10 сут. после однократной иммунизации комбинированной вакциной защищенными от заражения возбудителем сибирской язвы было свыше 94% обезьян. Высокий уровень специфической резистентности, обеспечивающий выживаемость после заражения свыше 85% обезьян, сохранялся в течение 6 мес., а через год после вакцинации напряженный иммунитет выявлялся у 57% животных.
Таблица 2 - Динамика иммунитета у обезьян, однократно привитых комбинированной вакциной и вакцинами-прототипами (n=3, `X±I95)
| Вакцина сибиреязвенная | Время заражения после вакцинации, сут. | ПСС, индекс (`Х±m) | ИФ, обратный титр (min-max) | Доля выживших животных, % |
| Комбинированная | 0,32±0,07 | 1,18 (1,12-1,26) | ||
| 0,74±0,11 | 3,64 (3,40-3,90) | |||
| 0,39±0,07 | 1,95 (1,73-2,19) | |||
| 0,21±0,05 | 1,17 (1,07-1.29) | |||
| 0,11±0,02 | 0,0-1,0 | |||
| Живая | 0,19±0,05 | 0,0-1,0 | ||
| 0,29±0,06 | 1,98 (1,77-2,23) | |||
| 0,16±0,04 | 1,42 (1,29-1,57) | |||
| 0,12±0,03 | 0,0-1,0 | |||
| 0,0 | 0,0 | |||
| Адсорбированная химическая | 0,36±0,06 | 1,12 (1,08-1,17) | ||
| 0,62±0,10 | 2,17 (1,94-2,42) | |||
| 0,14±0,03 | 0,0-1,0 | |||
| 0,0 | 0,0 |
Сопоставляя значения показателей косвенных тестов и уровни защищенности против подкожного и аэрогенного заражения вирулентными культурами сибиреязвенного микроба, определенные на экспериментальных животных, с динамикой клеточных и гуморальных показателей специфической резистентности, напряженный иммунитет после однократного применения комбинированной сибиреязвенной вакцины наблюдается не менее, чем у 90% привитых [3]. Прочный иммунитет формируется к 7-10 сут. и сохраняется в течение 6 мес., а через 9-12 мес. определяется примерно у 50‑70% вакцинированных. В то же время высокий уровень специфической резистентности после применения живой вакцины развивается лишь к 21 сут. у 55-65%, сохраняется до 4 мес. у 30-40%, до 6 мес. у 15-20% и до 9-12 мес. лишь у 5‑10% привитых. После аппликации химической адсорбированной вакцины иммунитет формируется к 7-10 сут. у 70-80% и сохраняется до 4 месяцев только у 10-15% вакцинированных.
Таким образом, лучшим препаратом для вакцинопрофилактики сибирской язвы на сегодняшний день является сухая комбинированная вакцина, которую можно производить на основе разных вакцинных штаммов [3].
Несмотря на достигнутые успехи, технология получения вакцинных противосибиреязвенных препаратов требует дальнейшего совершенствования, а аппаратурно-технологи-ческая линия – модернизации и автоматизации с целью улучшения качества и увеличения количества выпускаемых препаратов. Применение для профилактики данной инфекции всех известных сибиреязвенных вакцин повышает эффективность противоэпидемических мероприятий, но не является абсолютной гарантией от летальных исходов. Это ещё раз показывает то, что поиск новых средств вакцинопрофилактики сибирской язвы является актуальным направлением научных исследований.
Совершенно очевидно, по нашему мнению, что совершенствование вакцинопрофилактики сибирской язвы, как и любой другой инфекции, необходимо осуществлять по трём основным направлениям. Первое – совершенствование самого препарата, второе – совершенствование технологии его приготовления и третье – совершенствование метода введения вакцины в организм. Первое направление предполагает, в основном, увеличение иммуногенности и длительности поствакцинального иммунитета. Второе направление – уменьшение реактогенности, увеличение количества препарата и обеспечение его стандартности, а третье – упрощение процедуры и увеличение численности вакцинируемых.
Как известно, в комплексе мероприятий, направленных на борьбу с сибирской язвой, существенная роль принадлежит вакцинопрофилактике в сочетании с химиотерапевтическими средствами. Вместе с тем, одновременное использование живой вакцины и антибиотиков нежелательно, т.к. антибиотики, воздействуя на микробные клетки, приводят к их гибели, что снижает формирование напряженного иммунитета. Поэтому для этих целей целесообразно использовать химические вакцины либо живые вакцины на основе антибиотикоустойчивых штаммов. Получением таких противосибиреязвенных вакцинных препаратов уже более трёх десятков лет занимаются в России специалисты Ставропольского НИПЧИ и Оболенского ВНИИ ПМ, которым удалось получить антибиотикоустойчивые штаммы возбудителя сибирской язвы. Однако существенных результатов по получению живой антибиотикоустойчивой вакцины ими пока не достигнуто.
На основании данных литературы [2, 4] можно утверждать, что к настоящему времени за рубежом создан и апробирован применительно к сибиреязвенному микробу обширный арсенал методических средств, позволяющих получать антибиотикоустойчивые варианты с широким спектром устойчивости к антибактериальным препаратам.
По мнению ведущих специалистов [1, 2], разрабатываемые сейчас направления по созданию сибиреязвенных вакцин нового поколения связаны с получением рекомбинантных штаммов-гиперпродуцентов ПА и ареактогенных, но высокоиммуногенных вакцин, обеспечивающих формирование более длительного иммунитета. Последние достижения в области молекулярной биологии дали возможность применить для этой цели новые научно-методические подходы. Например, введение детерминант ПА в персистирующие формы бактерий и беспротеазные штаммы рода Bacillus. Успехи адъювантной технологии способствуют получению более эффективных вакцинных препаратов. Так, в 2002 г. американские эксперты, проанализировав результаты исследования иммунологической активности ряда вакцин [5], пришли к заключению о том, что обязательным компонентом этих препаратов должны быть адъюванты, а разработка их нового поколения является важнейшим элементом развития вакцинологии. Вероятно, в более отдаленной перспективе решению задач обеспечения эффективной защиты от аберрантных штаммов будут посвящены новые направления исследований, связанные с созданием вакцин на основе конструирования белковых молекул с высокими иммуногенными свойствами [6]. Также разрабатывается направление, связанное с созданием идеальных ареактогенных сибиреязвенных вакцин. С этой целью исследователи используют нетрадиционные научно-методические подходы, обеспечивающие получение генетически модифицированных вариантов вакцинных штаммов возбудителя сибирской язвы со структурно-измененными tох-детерминантами [7].
В настоящее время все сибиреязвенные вакцины вводятся людям накожно, подкожно или внутримышечно. Необходимость разработки и внедрения альтернативных методов иммунизации обусловлена стремлением повысить эффективность вакцинации доставкой антигена в сенсорные зоны клеток, исключением болевого стресса, снижением затрат при массовой вакцинации, а также возникающей потребностью вакцинации многочисленных контингентов в ограниченные сроки. Наиболее близкими к реализации методами массовой иммунизации являются аэрогенный (ингаляционный), пероральный и безыгольный [8, 9].
Резюмируя вышеизложенное, необходимо отметить, что в деле вакцинопрофилактики сибирской язвы в мире и в России сделано немало, но есть научно-технические задачи, которые реально и необходимо решать уже в ближайшее время:
1. Отработать промышленную технологию получения сибиреязвенных вакцин, в том числе и на основе антибиотикоустойчивых штаммов, имеющих устойчивость ко всему спектру антибиотиков, применяемых для профилактики и лечения сельскохозяйственных животных.
2. Разработать научно-методические подходы и препараты для массовой ингаляционной, безыгольной и пероральной вакцинации против сибирской язвы.
3. С целью получения более эффективных вакцинных препаратов оценить возможность использования новых адъювантов для конструирования сибиреязвенных вакцин.
Литература
1. Черкасский, Б.Л. Эпидемиология и профилактика сибирской язвы / Б.Л. Черкасский. – М.: ИНТЕРСЕН, 2002. – 384 с.
2. Сибирская язва: Актуальные проблемы разработки и внедрения медицинских средств защиты / под ред. Г.Г. Онищенко, В.В. Кожухова. – М.: Медицина, 2009. – 423 с.
3. Шевцов, А.Н. Разработка сухой комбинированной вакцины против сибирской язвы и сравнительная оценка ее эффективности в опытах на лабораторных и сельскохозяйственных животных / А.Н. Шевцов, В.Е. Романов // Современные научно-практические достижения в ветеринарии: Сб. статей Международ. науч.-практ. конф. 7-8 апреля 2016 г. – Киров, 2016. - Вып. 7. – С. 63-65 .
4. Induction of Protective Immunity against Lethal Anthrax Challenge with a Patch / Kenney [et al.] // J. Infect. Dis. – 2004. – Vol. 190. – P. 774-782.
5. Hilleman . Jordan Report 20th Anniversary. Accelerated Development of Vaccines / Hilleman. - Washington, 2002. – Р. 384.
6. Воробьев, А.А. Ожидаемые перспективы вакцинологии до 2020 г. / А.А. Воробьев, Б.Ф. Семенов, Н.Б. Егорова // Фундаментальные направления молекулярной медицины. – СПб., 2005. - С. 328-392.
7. Семенов, Б.Ф. Вакцинопрофилактика в XXI веке: настоящее и будущее / Б.Ф. Семенов, В.В. Зверев, Р.М. Хаитов // Иммунология. – 2009. - № 6. – С. 324-335.
8. Воробьев, А.А. Физиологические пути введения антигенов и других биологически активных веществ в организм / А.А. Воробьев // Иммунология. - 1996. - № 5. – С. 4-8.
9. Локтев, Н.А. О механизмах формирований резистентности к чуме, туляремии и сибирской язве при ассоциированной безыгольной вакцинации / Н.А. Локтев // Актуальные вопросы профилактики опасных инфекционных заболеваний. – Киров, 1991. – С. 144-145.
УДК 636.2:619: 618.6: 618.7: 616-097