Пандемия новой коронавирусной инфекции ставит перед человечеством проблемы невероятного масштаба. Прошлый год ознаменовался «гонкой вакцин»: компании и государства соревновались в том, кто первый разработает эффективную защиту против новой угрозы. К концу года фавориты определились: международные компании Pfizer, Moderna, GSK, AstraZeneca, китайская государственная Sinopharm и российский институт им. Гамалеи. Но это только промежуточный финиш. Задача на 2021-й не менее сложная: вакцины предстоит произвести в огромном количестве и доставить миллиардам пациентов по всему миру. 

Прививки для всех

По данным консалтинговой компании McKinsey, производители вакцин от COVID-19 заявили о намерении произвести в 2021 году 12 млрд доз. Учитывая, что большинство из одобренных вакцин требуют двукратного введения, этого хватит, чтобы вакцинировать 77 % населения Земли.

Достаточно ли этого, чтобы сформировать коллективный иммунитет и остановить пандемию? Для всех болезней этот порог разный. Для кори коллективный иммунитет возникает, когда устойчивыми (переболев или через вакцинацию) становятся более 95 % населения, для полиомиелита — 80 %. ВОЗ заявляет, что для COVID-19 порог коллективного иммунитета ещё не определён. Однако в России, по словам вице-премьера Татьяны Голиковой, власти рассматривают возможность снятия противопандемийных ограничений после иммунизации 68,6 млн человек (60 % населения).

12 млрд доз вакцины в год — много это или мало? В январе 2021 года в журнале Vaccine было опубликовано исследование глобальных мощностей по производству другой противовирусной вакцины — от гриппа. Ежегодно все фармкомпании мира производят 1,5 млрд доз противогриппозных вакцин для сезонной вакцинации. В случае эпидемии опасной мутации вроде птичьего гриппа H1N1 производство может быть увеличено до 6,3–8,3 млрд доз в год при условии наличия в необходимом объёме рабочей силы, материалов и ингредиентов. Прежде всего куриных яиц, поскольку 80 % противогриппозной вакцины производится по технологии выращивания вируса на куриных эмбрионах, применяемой более 70 лет.

Исследование McKinsey даёт сходную оценку для США: чтобы успешно иммунизировать от COVID-19 население страны и создать коллективный иммунитет, нужно сделать в 5–6 раз больше прививок, чем во время сезонного гриппа, и примерно в 2,4–3,4 раза больше, чем было сделано во время эпидемии птичьего гриппа H1N1. 

Однако это в теории. Практика показывает, что даже наиболее развитые страны испытывают трудности с разворачиванием производства новых вакцин в таких огромных масштабах.

Под ударом третьей волны

«Все мы недооценили, насколько сложно для отрасли будет развернуть комплексную программу массового производства вакцин с нуля. Хотела бы я знать об этом прошлой осенью», — призналась недавно председатель Еврокомиссии Урсула фон дер Ляйен.

На начало февраля только 4 % из почти 450 млн жителей ЕС получили хотя бы одну дозу вакцины, в то время как в Израиле этот показатель достиг 66 %, в Великобритании — 19 % и в США — 16 %, писала британская The Guardian. 

В январе о задержках с поставками вакцины в ЕС из-за логистических проблем заявила компания Pfizer. К концу февраля ситуация усугубилась: AstraZeneca объявила, что сможет поставить Евросоюзу в феврале-марте только 30 млн доз вакцины вместо запланированных 80 млн доз. 

Между тем власти Германии, Швеции, Финляндии и других европейских стран предупредили население о вероятном новом росте заболеваемости, третьей волне пандемии. 

«Огонь ещё не погас», — написал в своем твиттере глава европейского отделения ВОЗ Ханс Клюге. Он призвал жителей ЕС соблюдать меры безопасности и назвал Европу вторым наиболее пострадавшим от пандемии регионом мира. 

«Отчаявшиеся страны ЕС охотятся за вакцинами по всему миру, иногда совершая сомнительные сделки», — написала в конце февраля The New York Times.

Вакцина в бутылочном горлышке

Что чаще всего становится «бутылочным горлышком», в котором останавливается цепочка производства и поставок новой вакцины? Чтобы ответить на этот вопрос, американский инженер и программист Джонас Нойберт подробно изучил цепочки поставок вакцин Pfizer и Moderna. Обе компании производят вакцину на основе матричной РНК (мРНК). Молекула мРНК несёт генетический код, который позволяет человеческой клетке начать производство вирусного белка, вызывающего реакцию иммунной системы и появление иммунитета.

Чтобы создать мРНК, вначале методами генной инженерии создаётся нужная ДНК. Её внедряют в бактерию кишечной палочки, которая начинает воспроизводить ДНК, наращивая её количество. После этого бактерии разрушают, а ДНК выделяют и концентрируют, чтобы получить порцию весом около 1 грамма.

Затем в реакторах смешивают ДНК с нуклеотидами (строительными кирпичиками ДНК и РНК) и ферментами, которые запускают синтез мРНК уже в значительных количествах — из каждого грамма ДНК получаются килограммы субстанции. 

Потом хрупкие молекулы мРНК упаковывают в так называемые липидные наночастицы (LNP). Липиды — это жиры и жироподобные вещества, формирующие микрокапсулу, которая отвечает за доставку мРНК в клетки человека. Наночастицы — основной компонент вакцины. Их необходимо отфильтровать, очистить, смешать с дополнительными веществами, разлить по флаконам, промаркировать и доставить потребителю.

По мнению Нойберта, узкое место в производстве мРНК-вакцин — создание наночастиц LNP. Это тонкий и сложный процесс, а экспертизой по его правильному проведению обладает всего сотня человек в мире. Большинство из них работают в небольших биотехнологических компаниях в Канаде и Австрии, с которыми Pfizer и Moderna, скорее всего, пришлось срочно заключать соглашения о трансфере технологий, предположил Нойберт.

Вакцины на основе аденовируса, которые производят, например, GSK, AstraZeneca и институт им. Гамалеи, для доставки нужной генетической информации в человеческие клетки вместо NLP используют «вектор» — модифицированный вирус. Эта технология не такая новая, как липидные наночастицы, но и здесь есть сложности. Массу вирусов выращивают в биореакторах, заполненных питательными веществами и лабораторными культурами человеческих клеток.

Как сообщил The Wall Street Journal, основной причиной задержки поставок вакцины AstraZeneca в Евросоюз стали проблемы бельгийского подрядчика — фармкомпании Novasep Holding SAS, которая не смогла обеспечить необходимую продуктивность клеточных линий для наработки заявленных объёмов генетически модифицированного аденовируса. Продуктивность зависит от большого количества выверенных подготовительных шагов — достаточно одной ошибки, и производство будет замедлено на недели, отмечают авторы публикации.

Помимо проблем с масштабированием производства, аналитики McKinsey обращают внимание на другие потенциальные сложности. Стандарты контроля качества новых вакцин регуляторы фактически разрабатывают на ходу, одновременно с наращиванием производства новых вакцин. Производителям придётся оперативно реагировать на эти изменения.

Ещё один критически важный фактор — холодовая цепь. Вакцина Pfizer должна храниться в температурном диапазоне −60…−80 °C. Известны случаи возвратов вакцины производителю из-за нарушения температурного режима, отмечает Нойберт. Pfizer пришлось разработать контейнеры для вакцины, заполняемые сухим льдом, что породило новую лавину проблем: транспортировка сухого льда авиатранспортом ограничена, потому что он выделяет углекислоту, способную нарушить состав атмосферы в самолёте. Moderna, со своей стороны, рекомендует температурный режим −15…−25 °C и предостерегает поставщиков от использования сухого льда, чтобы не переохладить вакцину.

Российский «Спутник V» требуется хранить при температуре −18 °C, однако в январе было объявлено о создании формы вакцины, которую можно хранить при стандартной для вакцин температуре +2…+8 °C. Высокотемпературная версия производится пока на одной из шести производственных площадок, писал «Интерфакс».

Ещё одно узкое место — собственно вакцинация. Из-за сложных процедур подготовки и применения вакцин от COVID-19 трудозатраты на вакцинацию примерно в 3,5 раза выше, чем на вакцинацию от гриппа, что замедляет процесс и требует вовлечения дополнительного медицинского персонала.

«Свет в конце туннеля уже виден, но, чтобы победить разрушительную пандемию, потребуются интенсивные усилия множества самоотверженных людей в последующие месяцы, а может быть, и годы», — со сдержанным оптимизмом заключают эксперты McKinsey.