Российские исследователи работают над созданием ДНК-вакцин для рыб, которые способны значительно повысить уровень выживаемости и увеличить продуктивность в аквакультурах. Летом этого года был проведен первый пробный эксперимент с использованием прототипа вакцины на судаке обыкновенном в условиях промышленной рыбоводческой фермы Ленинградской области. Специалисты утверждают, что одним из главных вызовов для аквакультуры являются бактериальные и вирусные инфекции, поэтому разработка отечественных иммунопрепаратов является крайне важной. Подробнее об этом рассказывается в статье «Известий».

Вакцинация рыб

Причастные к разработке ДНК-вакцины специалисты из филиала Института высокомолекулярных соединений Петербургского института ядерной физики имени Б. П. Константинова (ПИЯФ-ИВС), входящего в состав НИЦ «Курчатовский институт», совместно с сотрудниками Санкт-Петербургского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии и Государственного научного центра Института биоорганической химии имени академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН (Москва) провели первый пилотный опыт летним периодом на судаке в индустриальной аквакультуре Ленинградской области. В ходе эксперимента сравнивали результативность вакцины при различных способах ее введения: инъекционном, пероральном и иммерсионном (погружение рыбы в раствор).

Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ-ИВС

Однако, как сообщили «Известиям» исследователи, на данном этапе не стоит задача создания вакцины против конкретного патогена, поражающего рыб.

— Современные технологии генетической инженерии позволяют достаточно легко внедрить «нужный ген» (например, ген оболочки вируса Х) в разрабатываемую ДНК-вакцину и затем масштабировать ее производство. Более сложной задачей является понимание принципов работы различных типов вакцин и поиск способов повышения их эффективности при использовании наиболее комфортных для рыб методов введения препарата. Именно на эти аспекты мы и ориентируемся в данном исследовании, — пояснила «Известиям» кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории природных полимеров филиала НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ-ИВС, Анастасия Зубарева.

Она отметила, что одной из текущих целей является изучение биораспределения вакцины в различных органах рыбы, чтобы проследить путь формирования иммунного ответа. Помогает в этом использование кольцевой молекулы ДНК (плазмиды), в которую встроен ген зеленого флуоресцентного белка (GFP), широко известной метки для ученых в клеточной и молекулярной биологии. Такие светящиеся молекулы позволяют визуализировать и исследовать биологические процессы.

Вторая задача — повысить эффективность неинъекционных форм вакцины.

— В настоящее время основным способом введения рыбам вакцин являются инъекции. Однако представьте себе, что количество пациентов, которых нужно привить, измеряется тоннами. В ведущем по производству аквакультурной продукции Норвегии проблему решают с помощью специального оборудования, способного под управлением одного оператора вакцинировать до 40 тысяч мальков семги с одновременным введением четырех разных вакцин. Но существуют и альтернативные методы — пероральные и иммерсионные, — объяснила она.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ-ИВС

Разработчики склоняются к тому, что оптимальным методом может стать иммерсионная вакцинация мальков: рыбу на небольшое время помещают в емкости с препаратом, после чего возвращают в привычную среду. Это позволит обработать одновременно большое количество особей с минимальным стрессом.

Принцип действия ДНК-вакцин

Научная группа только начинает комплексные исследования в области. Чтобы ДНК-вакцина достигла ядра клетки, она должна преодолеть множество биологических барьеров, включая эпителий кожи, жабры и кишечник.

— Для повышения биодоступности прототипа вакцины мы предлагаем заключать плазмиду в оболочку из природных полимеров — альгината и хитозана. Такая защита предотвратит преждевременное разрушение ДНК в условиях желудочно-кишечного тракта и может повысить эффективность пероральной вакцинации. Что касается «ванн с вакциной», в их состав можно добавить положительно заряженный хитозан, способный прилипать к жаберному эпителию и временно открывать плотные клеточные контакты, что также улучшит эффективность вакцинации, — рассказала Анастасия Зубарева.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ-ИВС

По словам ученых, внедрение ДНК-вакцин в России может встретить трудности, связанные с нормативным регулированием использования ГМО.

— Мир меняется. Мы недавно стали свидетелями быстрого внедрения вакцин на основе нуклеиновых кислот в период пандемии COVID-19, когда была острая необходимость в эффективных иммунопрепаратах. Такие вакцины быстро появились на рынке благодаря наличию большого объема знаний о их работе и готовым разработкам. Поэтому сегодня наша основная задача — понять механизмы действия этих препаратов, оценить их результаты и при необходимости адаптировать под конкретные нужды аквакультур, — отметила исследователь.

Международный опыт и статистика применения ДНК-вакцин

Подобные вакцины уже применяются в мировой аквакультуре, поделились с «Известиями» исследователи. Так, еще в 2005 году подобные препараты помогли канадскому лососю преодолеть инфекционный некроз гемопоэтической ткани и спасли многие рыборазводные хозяйства от банкротства. Согласно научным данным, в ряде случаев выживаемость рыб после вакцинации достигала 80-100%, тогда как без иммунопрофилактики она составляла всего 0-20%.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ-ИВС

В России производство аквакультурной продукции растет ежегодно, при этом снижение процента смертности рыбы в хозяйствах является ключевым фактором. В настоящее время около 5% продукции гибнет из-за вирусных, бактериальных и паразитарных заболеваний, рассказал «Известиям» руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet («Фуднет») НТИ Сергей Косогор.

— Разработка ДНК-вакцин в России положительно повлияет на увеличение производства рыбы и повысит выживаемость водных обитателей, особенно молоди, которая наиболее восприимчива к болезням, — добавил он.

Заведующий Испытательной референс-лабораторией Национального центра безопасности рыбной и сельскохозяйственной продукции Россельхознадзора в Москве Андрей Марцынкевич пояснил, что наибольший ущерб аквакультуре наносят бактериальные и вирусные болезни, и спектр таких заболеваний в России не уникален.

— В условиях высокой плотности посадки рыба быстро заражается от соседей. При этом постановка точного диагноза занимает время, и значительные потери могут возникнуть еще до начала целенаправленного лечения. Потому профилактика является наиболее эффективной мерой борьбы с болезнями, — отметил эксперт.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ-ИВС

Вакцинация особенно результативна на ранних этапах развития организма рыбы. Всероссийский научно-исследовательский институт защиты животных создал поливалентную вакцину для лососевых, которая, как ожидается, будет эффективна против вирусных и бактериальных инфекций, рассказал Андрей Марцынкевич.

Тем не менее, глава КФХ «Акваферма» Антон Алексеев отметил в интервью «Известиям», что не все потери следует связывать с патогенами. По его словам, в рыбных хозяйствах гибель чаще всего обусловлена температурными условиями, качеством воды, посадочным материалом и кормами.

— Причины гибели разные в зависимости от вида аквакультурных объектов: у морского лосося от морской вши отходы могут достигать 70%, а у похожей по виду радужной форели высокие потери чаще связаны с перегревом, а не инфекциями. Я оцениваю перспективы отечественных вакцин как высокие, хотя для стабильно результативных решений понадобится время, — сказал он.

По мнению эксперта, исследования нужно продолжать, а роль импортозамещения при разработке таких вакцин весьма важна.