Как вакцины тренируют иммунную систему

6 мин чтения

Вакцины являются одним из самых важных инструментов для предотвращения инфекционных заболеваний. Они тренируют иммунную систему распознавать патоген, вызывающий болезнь, и реагировать на него до того, как человек столкнется с реальной инфекцией. Воздействуя на иммунную систему безопасной формой или компонентом патогена, вакцины помогают организму выработать иммунную память, которая может обеспечить защиту от болезни в будущем [1][2].

Вакцина — это биологический препарат, который обучает иммунную систему распознавать конкретный болезнетворный организм или один из его компонентов. В зависимости от типа вакцины, она может содержать инактивированную или ослабленную форму патогена, определенный фрагмент патогена или генетические инструкции, которые позволяют клеткам организма временно вырабатывать компонент, распознаваемый иммунной системой. Цель одна и та же: научить иммунную систему тому, что именно нужно искать, не подвергая человека опасностям реального заболевания [2].

Как работают вакцины

Когда человек получает вакцину, иммунная система распознает антиген — вещество, вызывающее иммунный ответ — как нечто чужеродное. Иммунные клетки реагируют на это, вырабатывая антитела и другие средства защиты, специфичные для данного антигена. Иммунная система также вырабатывает клетки памяти. Если позже человек столкнется с реальным патогеном, эти клетки памяти позволят иммунной системе среагировать быстрее и эффективнее, чем это было бы возможно при первой встрече с инфекцией [2][3].

Простой способ представить вакцинацию — это своего рода тренировка для иммунной системы. Вакцина дает иммунной системе возможность узнать, как выглядит патоген, до того как она столкнется с реальной угрозой [2]. Вакцины работают путем активации естественного иммунного ответа организма. Такое воздействие побуждает иммунную систему реагировать и адаптироваться, не вызывая болезни. В ответ иммунная система создает специфические антитела и клетки памяти. При последующем воздействии реального патогена иммунная система может среагировать быстро и эффективно, что часто предотвращает развитие болезни [1][3].

Что такое антиген?

Антиген — это вещество, которое распознается иммунной системой и вызывает ее ответ. В вакцинах антигеном может быть компонент патогена или, в некоторых технологиях вакцинации, инструкции, позволяющие организму самому произвести антиген. По сути, это уникальный идентификационный бейдж или специфический «отпечаток пальца», находящийся на поверхности микроба. Именно он заставляет иммунную систему запустить ответную реакцию [2][3].

Демонстрация организму всего лишь части микроба работает потому, что иммунная система невероятно эффективна. Ей не нужно видеть весь опасный микроб, чтобы научиться с ним бороться. Клетки иммунной системы фокусируются на распознавании этих уникальных антигенов. Представляя только антиген, вакцина тренирует систему безопасно атаковать самую критическую часть врага, без риска заболевания. Как только этот признак будет изучен, любой микроб с таким антигеном будет распознан [2].

Роль B-клеток и T-клеток

B-клетки и T-клетки являются ключевыми участниками с различными ролями. B-клетки в первую очередь отвечают за выработку антител. Когда B-клетка сталкивается с антигеном, она активируется и превращается в плазматическую клетку, которая массово производит антитела. Эти Y-образные белки нейтрализуют микробы, помечают их для уничтожения или склеивают их между собой. Некоторые B-клетки становятся B-клетками памяти, готовыми быстро вырабатывать антитела при повторном воздействии [2].

Т-клетки включают в себя Т-хелперы и Т-киллеры. Т-хелперы действуют как командующие, высвобождая химические сигналы, которые активируют и направляют другие иммунные клетки, в том числе давая команду B-клеткам вырабатывать антитела. Т-киллеры (цитотоксические Т-лимфоциты) находят и уничтожают зараженные клетки, предотвращая репликацию микроба. Оба типа клеток формируют клетки памяти. Таким образом, B-клетки фокусируются на нейтрализации свободно плавающих микробов с помощью антител, в то время как Т-клетки координируют ответ и уничтожают зараженные клетки [2].

Клетки памяти и долгосрочная защита

После первичного ответа небольшая группа активированных B- и T-клеток становится клетками памяти. Эти «ветераны» остаются в состоянии покоя, но находятся в режиме повышенной готовности. B-клетки памяти при повторном воздействии быстро вырабатывают высококачественные антитела, а T-клетки памяти быстро координируют действия или уничтожают зараженные клетки. Это обеспечивает более быстрый и сильный ответ, чем при первой встрече, что часто позволяет устранить патоген еще до того, как болезнь разовьется. Некоторые клетки памяти живут десятилетиями, поэтому определенные вакцинации обеспечивают защиту до взрослого возраста. Они являются краеугольным камнем долгосрочного иммунитета [2][1].

Почему некоторым вакцинам нужны бустеры

Защита от некоторых вакцин может со временем снижаться, так как количество клеток памяти или уровень антител естественным образом уменьшаются. Бустер действует как «освежитель», реактивируя клетки памяти для размножения и резкого увеличения выработки антител. Бустеры также могут потребоваться, когда патогены мутируют свои антигены или когда первичный ответ от определенных типов вакцин недостаточно силен. Напротив, некоторые вакцины создают исключительно устойчивую память против стабильных патогенов, которая часто сохраняется пожизненно. Иммунная система не всегда вырабатывает максимально сильную защиту после одного воздействия, поэтому дополнительные дозы усиливают ответ [2][3].

Основные типы вакцин

Ученые разработали несколько подходов:

• Живые аттенуированные вакцины: Используют ослабленную форму патогена. Поскольку она может умеренно реплицироваться, она стимулирует сильный и широкий ответ с участием как B-, так и T-клеток, часто обеспечивая длительный иммунитет при меньшем количестве доз. Примерами являются вакцины MMR и вакцина от ветряной оспы. Они не подходят для людей с ослабленной иммунной системой [2].

• Инактивированные вакцины: Содержат убитую версию микроба, которая не может реплицироваться или вызывать заболевание. Они запускают антительный ответ, но часто требуют нескольких доз и бустеров для поддержания защиты. Примерами являются большинство прививок от гриппа и инъекционная вакцина против полиомиелита [2].

• Субъединичные или белковые вакцины: Используют только специфические очищенные части, такие как белки или сахара (антигены), а не весь организм. Часто включают адъювант для усиления ответа. Они чрезвычайно безопасны, но могут требовать нескольких доз. Примерами являются вакцины против гепатита B и ВПЧ [2][4].

• мРНК-вакцины: Предоставляют временные генетические инструкции (мРНК), которые говорят клеткам, как создать определенный антиген, например, вирусный белок. Затем иммунная система реагирует на этот произведенный антиген. мРНК быстро расщепляется и не изменяет ДНК. Они вызывают сильный ответ B- и T-клеток и могут быть разработаны в кратчайшие сроки. Примерами являются определенные вакцины против COVID-19 [2][4].

Коллективный иммунитет

Коллективный иммунитет, или популяционный иммунитет, возникает, когда значительный процент населения обладает иммунитетом, что снижает вероятность заражения для тех, у кого его нет. Это разрывает цепочки передачи, поэтому болезни остается меньше возможностей для распространения. Таким образом создается защитное кольцо вокруг уязвимых людей, которые не могут быть вакцинированы, — например, младенцев, которые слишком малы для прививок, людей с ослабленной иммунной системой или людей с тяжелыми формами аллергии. Их безопасность зависит от высокого уровня вакцинации в обществе [1].

Нормальные побочные эффекты и их значение

Легкие побочные эффекты после вакцинации встречаются часто и указывают на то, что иммунная система активно реагирует. К ним относятся боль, покраснение или припухлость в месте инъекции, а также субфебрильная температура, усталость, головная боль, мышечные боли или озноб. Они являются результатом воспаления и выброса сигнальных молекул (цитокинов), когда иммунные клетки распознают антиген, активируются и начинают вырабатывать антитела и клетки памяти. Эти симптомы показывают, что процесс «обучения» проходит успешно, и не являются признаком заболевания. Они временны и являются небольшой ценой за создание защиты [1][2].

Как тестируются вакцины на безопасность и эффективность

Вакцины проходят строгие испытания. Сначала проводятся доклинические лабораторные исследования и исследования на животных для оценки безопасности и иммунного ответа. Затем клинические испытания проходят по фазам: Фаза 1 проверяет безопасность на небольшой группе; Фаза 2 оценивает иммунный ответ и безопасность на сотнях людей; Фаза 3 подтверждает эффективность и отслеживает редкие побочные эффекты на тысячах участников, часто с использованием рандомизированного плацебо-контроля. Регулирующие органы проверяют все данные, чтобы убедиться, что преимущества перевешивают риски, прежде чем дать одобрение. После одобрения мониторинг продолжается бессрочно для отслеживания долгосрочной безопасности и эффективности [2].

Этот процесс гарантирует, что вакцины безопасно обучают иммунную систему для обеспечения длительной защиты.