Как работает спутник: Как действует вакцина “Спутник V”? |

Содержание

Как действует вакцина “Спутник V”?

Рассказывает Владимир Гущин, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией механизмов популяционной изменчивости патогенных микроорганизмов и референс-центра по коронавирусной инфекции НИЦЭМ имени Н. Ф. Гамалеи.

“Спутник V” — аденовирусная векторная вакцина. Это значит, что в состав препарата входят аденовирусы, которые являются действующим веществом, и стабилизирующий раствор. Этот раствор позволяет поддерживать нужную кислотность, нужные солевые условия, создавать некую молекулярную сложность с использованием дополнительных компонентов и стабилизаторов, которые позволяют сохранить аденовирусные частицы как можно дольше.

Петр Ковалев/ТАСС

Аденовирус используется непростой. Из его генома удалены гены, которые отвечают за воспроизводство в организме человека. Они перенесены в геном клеток-продуцентов, живут в биореакторе и используются как субстрат, чтобы наработать аденовирус. Сам по себе аденовирус не способен вызвать инфекцию. То есть, мы имеем с вами аденовирусные частицы в составе буфера, которые можно применять внутримышечно — сейчас это основной способ использования вакцин “Спутник V” и “Спутник Лайт”.

Рассмотрим на примере первой дозы, что происходит в организме человека. Вакцина размораживается или сразу набирается в шприц (если не была заморожена) и вводится в дельтовидную мышцу плеча таким образом, что содержимое буфера и аденовируса выходят в межклеточное пространство. Аденовирусы очень быстро находят свои клетки-мишени, на которых есть, как ключики, рецепторы, через которые вирус проникает внутрь.

То есть, после введения аденовирус быстро уходит из межклеточного пространства в клетки и там разбирается на компоненты. Нуклеиновая кислота выходит в цитоплазму и попадает в ядро — основной держатель генетического материала в виде ДНК. В ядре начинается наработка матричной РНК (мРНК) и прежде всего иммуногена S-белка коронавируса. Эта мРНК выходит стандартным путем в цитоплазму, в цитоплазме начинается процесс трансляции, то есть перевода генетической информации из мРНК в виде белка. И вот этот белок выходит на поверхность мембраны клетки, где появляется иммуноген, появляется такая “шубка” из S-белка.

Далее, учитывая, что сам по себе аденовирус обладает некой иммуногенностью, в ДНК запускается внутриклеточная воспалительная реакция. Клетка начинает сигнализировать о том, что с ней что-то не так. Некоторые клетки умирают.

Часть компонентов погибших клеток “съедается” антигенпрезентирующими клетками. Эти клетки, в свою очередь, также переваривают содержимое S-белка, презентируют его на своей поверхности, таким образом выявляя Т-лимфоциты. Те, в свою очередь, либо выступают в виде цитотоксических клеток, которые будут впоследствии уничтожать зараженные клетки, либо взаимодействуют с так называемым хелперным звеном, чтобы запустить гуморальный иммунный ответ формирования антител. Гуморальный ответ направлен на уничтожение патогенов, которые находятся в крови и во внеклеточном пространстве.

Так как в организме перед подобной вакцинацией всегда присутствует определенное количество Т-клеток и B-клеток, которые потенциально могут распознать S-белок коронавируса, то задача вакцинации как раз выявить, какие из T-клеток и B-клеток наилучшим образом могут ответить против S-белка и сформировать либо клетки, продуцирующие антитела, либо Т-клетки.

Как я уже сказал выше, сама клетка показывает антигены. Они попадают к антигенпрезентирующим клеткам, которые цитотоксическое звено и хелперное звено. Хелперы помогают нужным B-клеткам, которые встречают этот антиген, переваривают на своей поверхности и также презентируют на мембране в составе молекул главного комплекса гистосовместимости, а Т-клеткам распознать, что эти B-клетки являются важными с точки зрения иммунного ответа, запустить селекцию именно этих B-клеток.

Петр Ковалев/ТАСС

В течение нескольких недель формируется первичный пул высококачественных T-клеток и B-клеток, и именно к этому моменту вводится вторая доза “Спутника V”, которая призвана сделать селекцию еще строже, еще больше наработать клеток, которые будут производить антитела или цитотоксические клетки. В принципе, это работает упрощенно так.

Можно лишь сказать, что сам по себе аденовирусный вектор, попадая в клетки, запускает формирование белка в течение нескольких часов или дней. Далее, после того, как все клеточные процессы запущены, буквально через 7-10 дней никаких компонентов аденовируса или кодируемых белков невозможно обнаружить. Это значит, что из организма все, что имело отношение к вакцине, вычищается.

Это происходит потому, что иммунитет распознает клетки, производящие S-белок, и использует это знание, чтобы селектировать нужные субпопуляции T-клеток и B-клеток. В итоге все зараженные клетки умрут. Потому что так работает иммунитет: он вычисляет то, что является чужеродным, и полностью вычищает это из организма.

За серию первичной и вторичной иммунизации мы получаем высококачественный иммунный ответ, который выходит на пик примерно через три недели после второй иммунизации. Можно сказать, что тогда человек находится на пике защиты. Есть некоторые особенности, связанные с реактивностью иммунной системы. Иногда у пожилых людей это происходит немного позднее. Примерно через три недели после второй дозы мы считаем человека максимально защищенным. На этом процесс изменения популяции Т-клеток и клеток, производящих антитела, не останавливается.

Мы очень упрощенно рассмотрели процесс формирования иммунного ответа. Те же B-клетки в своем развитии претерпевают целый ряд трансформаций.

Иммунные процессы – динамические. Выйдя на оптимальный ответ через три недели после второй дозы, через два-три месяца общее количество антител начинает снижаться. Это естественный процесс. Человеку, который не сталкивается с инфекцией постоянно, нужно снижать уровень антител, иначе его кровь превратится в густой бульон, который сердце не сможет гонять по венам.

Формируются клетки памяти, которые при последующей встрече с возбудителем вируса будут активированы, то есть, будет очень быстро наработано количество B-клеток и цитотоксических клеток. Это первое. А второе — даже если патоген подвергнется изменениям, то клетки, которые уже имеют сродство к определенному антигену, могут быть доработаны, чтобы сделать иммунный ответ еще более специфичным и высококачественным. В этой связи вакцинация способствует тому, что при следующей встрече с инфекцией вы очень быстро ответите, остановите патоген и его процессы, и это позволит вам пострадать наименьшим образом.

Сергей Савостьянов/ТАСС

Отсюда возникает вопрос: а насколько хорошо вакцина защищает? Человеку интуитивно хочется делить все на черное и белое, то есть, думать, что либо работает, либо нет. Но в медицине все средства работают с определенной вероятностью. Вакцины против SARS-CoV-2 считаются эффективными, если обладают 50%-й эффективностью. Что это значит? Что сама по себе вакцинация в два раза снизит количество людей, которые заболеют.

Как показала практика, использование аденовирусных вакцин позволяет достигать эффективности свыше 90%. В случае с протективностью мы можем выделить несколько количественным показателей. Первый — это защита от инфицирования, второй —защита от госпитализации, третий — защита от летального исхода. Первичные клинические исследования, которые были проведены с препаратом “Спутник V”, показали, что эффективность вакцины от клинически выраженной формы SARS-CoV-2 составляет свыше 90%. На самом деле, неожиданно, что вакцины от коронавируса показали столько высокий уровень защиты. Защита от госпитализации и смерти в рамках клинических исследований была практически стопроцентная.

В центре Гамалеи были проведены так называемые пострегистрационные исследования. Также вакцина применялась и изучалась в Аргентине, Венгрии, Арабских Эмиратах, Бахрейне. Препарат показал высокую эффективность в клинической практике — фактически 95% против клинически выраженного ковида исходных штаммов. В случае защиты от тяжелого течения и смерти — свыше 90%.

Процессы динамичны не только со стороны иммунной системы, но и со стороны иммуннопатогена, и появление новых штаммов — это дополнительный вызов. Мы знаем по опыту штамма дельта, который широко распространился весной и летом 2021 года, что вакцины потеряли часть защиты против клинически выраженной формы штамма. Однако снижение было не столь существенным, чтобы говорить о том, что вакцина перестала работать.

По результатам исследований эффективность “Спутника V” составила выше 80% в разных когортах. Это очень хорошо и позволяет нам говорить о том, что защита сохраняется. Против тяжелого течения и смерти защита по-прежнему оказалась выше 95%. Это очень высокий уровень. Это говорит о том, что вероятность того, что вы, будучи вакцинированным, тяжело заболеете или умрете, по-прежнему в десятки раз меньше, чем если вы не будете вакцинированы.

Дальнейшие исследования позволили выявить, что для людей из групп риска может быть рекомендована дополнительная бустирующая доза. В общем и целом, в нашей стране принято законодательство, которое позволяет рекомендовать ревакцинацию в условиях обострения пандемии. После первоначального курса нужно получить еще одну дозу вакцины. Это позволяет привести иммунную систему в полную боевую готовность перед угрозой возможного заражения.

Вакцина не может полностью гарантировать, что вы не станете ПЦР-положительным, что вирус, попав в ваш организм, не произведет какое-то количество циклов репликации, но это не значит, что вакцина не имеет защиты. Даже вакцинированные люди могут стать источником заражения, но вакцина точно снижает вирусную нагрузку в популяции. Вакцина — одно из основных средств, чтобы защищаться от коронавируса, и пока нет у нас лучшего способа, чтобы спасать жизни.

Текст опубликован в рамках цикла лекций «Спутник жизни» на портале «ПостНаука».

Словарь

ДНК — макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования организма. Строение и форма организмов определяются белками, структура которых зашифрована в ДНК.

Аденовирусы — семейство ДНК-содержащих вирусов позвоночных. Используются при создании векторных вакцин.

Векторная вакцина — вакцина, принцип действия которой заключается в том, что вирус-вектор (в случае со «Спутник V» — аденовирус) доставляет ген целевого вируса (например, SARS-CoV-2) в клетки, чтобы иммунная система отреагировала на него выработкой антител.

РНК — одна из трех основных макромолекул (наряду с ДНК и белками), которые содержатся в клетках всех живых организмов и играют важную роль в кодировании, прочтении, регуляции и выражении генов.

мРНК — особый вид РНК. Представляет собой копию с одного гена.

S-белок — белок, который приобрел букву S в названии по той причине, что имеет шип (англ. spike). Основный инструмент, с помощью которого коронавирус проникает в клетки.

Т-лимфоциты — клетки иммунной системы, узнающие и уничтожающие патогены.

В-клетки — играют важную роль в обеспечении гуморального иммунитета.

Главный комплекс гистосовместимости — большая область генома, играющая важную роль в иммунной системе и развитии иммунитета. Название «комплекс гистосовместимости» эта область получила потому, что была обнаружена при исследовании отторжения чужеродных тканей.

Как это работает. Спутниковая связь

Фото: Роскосмос

Система спутниковой связи – это целый комплекс оборудования, состоящего из ретранслятора на орбите и определенного количества наземных станций. Работа этой системы невозможна без специальных усилителей мощности радиосигнала. Крупнейшим в России создателем такой аппаратуры является «Росэлектроника». Предприятия холдинга на протяжении десятилетий обеспечивают электронную базу отечественных спутников.

Как появились «внеземные ретрансляторы»

Считается, что история спутниковой связи начинается в 1945 году, с небольшой статьи «Внеземные ретрансляторы» английского ученого Артура Кларка. Рассуждая о возможностях улучшения связи, автор предложил, казалось бы, простую идею – поднять антенну на максимальную высоту. «Внеземной ретранслятор» на околоземной орбите принимал бы сигналы от наземного источника и передавал бы его дальше. Таким образом всего один спутник может покрыть огромную зону. Качество согнала при этом также возрастает, количество принимающих станций может быть неограниченным и не нужно строить дополнительные наземные ретрансляторы.

Развитие науки в области освоения космоса позволило в скором времени осуществить предсказания Артура Кларка. Исследования возможностей использования искусственных спутников Земли в качестве радиоретрансляторов начались уже во второй половине 1950-х годов. Вывести их из теоретической плоскости в практическую удалось советским ученым. 4 октября 1957 года в СССР был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Он не только положил начало космической эры, но и заложил основы спутниковой связи. Это был первый объект в космосе, сигналы которого принимались на Земле.

Фото: Минобороны РФ / wikimedia.org

Спустя три года, в августе 1960-го, американцами был выведен на орбиту космический аппарат «Эхо-1». Его оболочка, диаметром 30 метров и покрытая металлом, выполняла функции пассивного ретранслятора. Первый в мире активный спутник связи «Телстар» был запущен в 1962 году. Совсем скоро к нему присоединился первый советский спутник связи «Молния-1». В октябре 1965 года его наследник «Молния-2» позволил начать регулярную эксплуатацию линии дальней связи через искусственный спутник Земли.

С тех пор спутниковая связь неуклонно развивалась, а значит на орбиту с каждым годом выводилось все больше спутников. Сегодня вокруг Земли вращаются в общей сложности около 8 тыс. спутников.

Принцип действия спутниковой системы связи

Система спутниковой связи и вещания – это не только ретранслятор на орбите, но и определенное количество наземных станций. Принцип функционирования не изменился с годами – сигнал подается от одной из наземных станций на спутник, с которого он ретранслируется на другие объекты в рамках зоны покрытия. Спутниковый ретранслятор может быть пассивным или активным. В первом случае не происходит никакой коррекции сигнала, вся «надежда» только на широкую зону охвата ретранслятора. Таким был, к примеру, вышеупомянутый американский «Эхо-1».

Современные спутниковые системы связи используют активные ретрансляторы, которые не только принимают сигнал с наземной станции, но и усиливают его. Поэтому основными элементами спутников связи являются усилители мощности радиоволны, которые позволяют увеличить расстояние доставки радиосигнала. Наиболее эффективными среди них признаны лампы бегущей волны (ЛБВ) – электровакуумные приборы, способные усилить мощность в сотни тысяч раз. Лампы бегущей волны применяются и в наземной аппаратуре системы спутниковой связи.

Один из крупнейших в России разработчиков и производителей таких приборов – холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех. Сегодня он объединяет легендарные в отрасли предприятия: фрязинский «Исток», московские Государственный завод и НПП «Пульсар», саратовский «Алмаз». Продукцией данных предприятий комплектовались, в частности, спутники связи «Молния-1», «Молния-2», «Горизонт», «Радуга», «Глобус-1» и «Глобус-1М», «Луч», «Галс», «Целина», «Экспресс», «Меридиан» и другие.

Советский спутник связи «Молния-1»

Стоит отметить, что выходная мощность ЛБВ первого советского спутника связи «Молния-1» в десять раз превышала показатель американского «Телстара». Это сделало возможным использовать в наземной аппаратуре малогабаритных приемных антенн, что в свою очередь позволило создать в СССР в 1968 году первую в мире общегосударственную сеть спутникового телерадиовещания в рамках системы «Орбита». Успех советских инженеров никто не смог повторить на протяжении последующих семи лет.

Эволюция ЛБВ: усилители мощности нового поколения

С развитием спутниковой связи эволюционировали и лампы бегущей волны для систем космического назначения – в несколько раз увеличился срок эксплуатации, вдвое вырос КПД. Новое поколение ЛБВ могут удивить и другими характеристиками. К примеру, недавно на саратовском «Алмазе» были разработаны облегченные лампы бегущей волны с радиационным охлаждением и выходной мощностью до 160 Вт.

Новые изделия будут использоваться в перспективных спутниках космической связи типа «Экспресс», что позволит заменить используемые в российских спутниках зарубежные приборы. Кроме того, реализация проекта позволит унифицировать лампы бегущей волны – сферы применения расширятся, а расходы и сроки создания новых космических аппаратов сократятся.

Лампы бегущей волны производства «Росэлектроники» не только способны приблизить самые удаленные, а порой и труднодоступные уголки нашей огромной страны, но и показать самые далекие объекты Вселенной. НПП «Алмаз» участвует в грандиозной программе создания космической обсерватории «Миллиметрон» (проект «Спектр-М»). На расстоянии 1,5 млн километров от Земли будет расположен 10-метровый космический телескоп. Для «Миллиметрона» разрабатываются лампы бегущей волны нового поколения, способные обеспечить с высокой скоростью передачу на Землю больших объемов информации по каналам спутниковой связи. Эти данные позволят исследовать структуру ядер галактик, черных дыр, пульсаров, изучать реликтовое излучение, искать самые ранние следы формирования Вселенной.

Что такое спутник? — Как работают спутники

Спутник — это любой объект, который движется по криволинейной траектории вокруг планеты. Луна является изначальным естественным спутником Земли, и существует множество искусственных ( искусственных ) спутников, обычно расположенных ближе к Земле. Путь, по которому следует спутник, представляет собой орбиту , которая иногда принимает форму круга.

Чтобы понять, почему спутники движутся именно так, мы должны вернуться к нашему другу Ньютону. Ньютон предположил, что между любыми двумя объектами во Вселенной существует сила — гравитация. Если бы не эта сила, спутник, движущийся вблизи планеты, продолжал бы двигаться с той же скоростью и в том же направлении — по прямой линии. Однако этот прямолинейный инерционный путь спутника уравновешивается сильным гравитационным притяжением, направленным к центру планеты.

Иногда орбита спутника выглядит как эллипс, сплющенный круг, который движется вокруг двух точек, известных как фокусов . Применяются те же основные законы движения, за исключением того, что планета расположена в одном из фокусов. В результате результирующая сила, приложенная к спутнику, неодинакова по всей орбите, и скорость спутника постоянно меняется. Он движется быстрее всего, когда находится ближе всего к планете — точка, известная как перигея , — и медленнее, когда находится дальше всего от планеты — точка, известная как 9. 0003 апогей .

Спутники бывают всех форм и размеров и играют разные роли.

Метеоспутники помогают метеорологам предсказывать погоду или видеть, что происходит в данный момент. Хорошим примером является геостационарный оперативный экологический спутник (GOES). Эти спутники обычно содержат камеры, которые могут передавать фотографии погоды на Земле либо с фиксированных геостационарных позиций, либо с полярных орбит.
Спутники связи разрешают ретрансляцию телефонных разговоров и данных через спутник. Типичные спутники связи включают Telstar и Intelsat. Наиболее важной особенностью спутника связи является ретранслятор — радиоприемник, который принимает разговор на одной частоте, затем усиливает его и ретранслирует обратно на Землю на другой частоте. Спутник обычно содержит сотни или тысячи транспондеров. Спутники связи обычно геосинхронные (подробнее об этом позже).
Спутники вещания передают телевизионные сигналы из одной точки в другую (аналогично спутникам связи).
Научные спутники , такие как космический телескоп Хаббл, выполняют всевозможные научные миссии. Они смотрят на все, от солнечных пятен до гамма-лучей.
Навигационные спутники помогают кораблям и самолетам ориентироваться. Наиболее известны спутники GPS NAVSTAR.
Спасательные спутники реагируют на радиосигналы бедствия (подробности читайте на этой странице).
Спутники наблюдения за Землей проверяют планету на наличие изменений во всем: от температуры до лесных массивов и ледяного покрова. Наиболее известны серии Landsat.
Военные спутники находятся там наверху, но большая часть фактической информации о применении остается секретной. Приложения могут включать в себя передачу зашифрованной связи, ядерный мониторинг, наблюдение за передвижениями противника, раннее предупреждение о запусках ракет, прослушивание наземных радиоканалов, радиолокационные изображения и фотографирование (с использованием, по сути, больших телескопов, которые делают снимки областей, представляющих интерес с военной точки зрения).

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Гэри Браун и Уильям Харрис
«Как работают спутники»
19 мая 2000 г.
HowStuffWorks.com.
13 января 2023 г.

Основы спутников | Intelsat

Спутники — это ретрансляционные станции в космосе для передачи голоса, видео и данных. Они идеально подходят для удовлетворения глобальных коммуникационных потребностей военных, правительственных и коммерческих организаций, поскольку они обеспечивают экономичные, масштабируемые и высоконадежные услуги передачи, которые легко достигают нескольких объектов в обширных географических районах. Передачи через системы спутниковой связи могут обходить существующую наземную инфраструктуру, которая часто ограничена и ненадежна во многих частях мира.

Спутниковая связь включает четыре этапа:

Земная станция или другое наземное оборудование передает желаемый сигнал на спутник
Спутник усиливает входящий сигнал и меняет частоту
Спутник передает сигнал обратно на Землю
Наземное оборудование получает сигнал

Satellite Design

Спутники строятся с использованием сложных электронных и механических компонентов, которые должны выдерживать вибрации при запуске ракеты, а затем работать в космосе без технического обслуживания в течение 15 и более лет. Спутник состоит из шины космического корабля (которая является основной структурой космического корабля, содержащей силовые, температурные и направленные двигатели) и коммуникационной полезной нагрузки (которая принимает, усиливает и ретранслирует сигналы в обозначенной географической области). При проектировании космических кораблей необходимо учитывать два важных фактора: мощность и радиус действия. Спутник содержит несколько каналов, называемых транспондерами, которые обеспечивают пропускную способность и мощность на определенных радиочастотах. Полоса пропускания и мощность транспондера определяют, сколько информации может быть передано через транспондер и насколько большим должно быть наземное оборудование для приема сигнала. Кроме того, антенны спутника направляют сигнал в определенную географическую область.

Типы спутников

Коммерческие службы спутниковой связи сгруппированы в три основные категории:

Фиксированные спутниковые службы (FSS) , которые используют наземное оборудование в определенных местах для приема и передачи спутниковых сигналов. Спутники FSS поддерживают большинство наших внутренних и международных услуг, от международного подключения к Интернету до частных бизнес-сетей.
Услуги подвижной спутниковой связи (MSS) , в которых используется различное переносное приемное и передающее оборудование для предоставления услуг связи наземным, морским и авиационным клиентам
Службы спутникового вещания (BSS) , которые обеспечивают высокую мощность передачи для приема с использованием очень небольшого наземного оборудования. BSS наиболее известен своими приложениями для прямого телевидения и широкополосного доступа, такими как DIRECTV.

Частоты

Коммерческие спутниковые службы в основном используют три диапазона радиочастот:

C-диапазон , который обеспечивает более низкую мощность передачи в обширных географических районах и обычно требует более крупного наземного оборудования для приема.
Ku-диапазон , который обеспечивает более высокую мощность передачи в небольших географических районах и может приниматься с помощью меньшего наземного оборудования.
Ka-диапазон , который обеспечивает более высокую мощность передачи, чем Ku-диапазон, и обычно используется для услуг с высокой пропускной способностью, таких как высокоскоростной Интернет, видеоконференции и мультимедийные приложения.
L-диапазон , который используется для мобильных приложений, таких как морская и авиационная связь, с использованием различного наземного оборудования.

Кроме того, спутниковые операторы в настоящее время разрабатывают приложения для частотных диапазонов Ka-диапазона, которые будут способствовать высокой скорости передачи и существенной передаче информации с использованием небольшого наземного оборудования.

GEO по сравнению с LEO

Большинство спутников, которые Intelsat использует для обслуживания клиентов, расположены на геостационарной орбите.

Концепция геостационарных систем спутниковой связи обычно приписывается футурологу Артуру Кларку. Мистер Кларк написал статью в 1945, в котором говорится, что сигналы связи могут передаваться на Землю и с Земли с помощью ретрансляционной станции, запущенной на орбиту на расстоянии около 22 300 миль (36 000 километров) над экватором Земли. С этой высоты спутник будет двигаться с той же скоростью вращения, что и Земля, и будет казаться, что он остается неподвижным над местом на земле внизу, тем самым обеспечивая стационарную платформу для непрерывной ретрансляции сигналов связи. Помимо геостационарных космических аппаратов, несколько коммерческих систем спутниковой связи работают с низких околоземных орбит (обычно в нескольких сотнях миль над Землей). Более низкая орбита значительно уменьшает задержку, возникающую при прохождении сигнала между Землей и спутником. Этот подход особенно выгоден для глобальных служб мобильной телефонной связи, в которых задержки сигнала во время двусторонней связи могут быть разрушительными и запутанными. В отличие от геостационарных спутников, спутники на низкой околоземной орбите не остаются в фиксированном положении в небе относительно Земли. В результате спутник должен иметь возможность передавать сигнал другому спутнику или локальному наземному шлюзу, как только он выходит за пределы прямой видимости.