Біотехнологія вакцин

Видео: Абтек: институт вакцин Нидерландов

Інфекційні хвороби були і залишаються практично головною причиною смертності. Важливим внеском у підтримання здоров`я суспільства за останні 100 років було введення у практику санітарних норм і вакцинації, які значно знизили рівень смертності від інфекційних хвороб. Сучасна імунологія розвинулась на базі успіху E. Дженнера і Л. Пастера у вакцинації проти віспи та холери. Величезним її тріумфом є глобальнее викорінення натуральної віспи, оголошене Всесвітньою організацією охорони здоров`я у 1980 р. Сьогодні триває глобальна компанія зі знищення поліомієліту.

Після вакцинації людина не хворіє природною формою захворювання, у неї формується тільки нетривала й обмежена інфекція, але антигени, що вона містить, стимулюють імунну відповідь, яка має перехресну реактивність з антигенами віспи, і тому виникає стійкість до людської форми захворювання.

Ефективна програма вакцинації забезпечує імунітет населення через зниження кількості чутливих членів популяції: природний резервуар інфікованих індивідів у популяції знижується, отже, знижується і вірогідність передачі інфекції. Таким чином, навіть невакциновані члени популяції можуть бути захищені від інфекції, якщо більшість населення вакцинована.

Вакцина вважається нешкідливою, якщо у щепленого організму не з`явилися патологічні симптоми, загальний стан не погіршився і специфічний збудник, який може інфікувати нещеплених і викликати у них захворювання, не виділяється.

Існує поділ вакцин на традиційні та нетрадиційні.

Традиційними є такі типи вакцинних препаратів: живі, інактивовані, хімічні та кон`юговані. Всі традиційні вакцини - це, як правило, суміш антигенного матеріалу та цільових домішок - ад`юванта, консерванта, стабілізатора тощо.

Жива вакцина - це живі штами збудників у певному стабілізаторі (ад`юванти та консерванти відсутні). Загальними ознаками опису живих вакцин є опис усіх компонентів як простої механічної суміші із зазначенням використаних штамів та їх кількісного вмісту.Титр антигену - умовний показник у серологічній реакції. Живі штами можна також ідентифікувати, використовуючи методи чистих культур, фізико-хімічні методи. Є специфічні ознаки, харакерні тільки для штаму, що входить до складу вакцини: антигена структура, імуногенність, специфічна нешкідливість, залишкова вірулентність, онкогенність, серологічні властивості та стабільність атенуації.

Інактивовані вакцини належать до композицій, одержаних шляхом змішування таких компонентів: штам збудника, інактивованого хімічним або фізичним способом- засоби, що підвищуютв імуногенні властивості основного компонетна (консервант та ад`ювант). Для характеристики інактивованих вакцин використовують ті самі принципи, що й для живих, але необхідно вказувати і тип консерванта та ад`юванта.

Хімічні вакцини - певні композиції антигенних матеріалів, одержаних тим чи іншим способом із збудника та цільових домішок. Антигенний матеріал може бути одержаний зі збудника при певній обробці або з культурального середовища (токсин). Як правило, він є складним молекулярним комплексом часто з невідомим складом і структурою. Специфічна ідентифікація цих вакцинних препаратів забезпечується застосуванням серологічних методів. Вони дають можливість ідентифікувати окремі компоненти антигенної суміші. Для характеристики використовують також інші ознаки, наприклад: призначення антигену (для профілактики якого захворювання використовується), джерело виділення, метод виділення, метод очистки. У повному паспорті таких вакцин має бути вказана природа виділеного антигену, ознаки, що характеризують якість препарату: антигенна активність, серологічна активність, імуногенність. Протективний ефект антигену - ще одна обов`язкова ознака.

Крім цього, зазначають їх токсичність, стійкість до протеолізу, термолабільність, імунохімічні або інші засоби контролю гомогенності та пірогенності.

Кон`юговані вакцини - це різновид хімічних вакцин. Вони вирізняються принципом сумісництва компонентів у складі препарату. В кон`югованих вакцинах антигенну молекулу ковалентним зв`язком приєднують до імуностимулюючого носія. Імуностимулюючий носій високомолекулярні полімери. Кон`юговані вакцини можна включити в групу іммобілізованих біологічно активних речовин, їхніми ознаками є: якісний склад, кількісний склад, хімічний зв`язок між компонентом, призначення та корисні властивості. Конструювання кон`югованих вакцин відбувається на хімічній основі. Нині вдосконалюють технології, спрямовані на стабілізацію антигенів, вібір носіїв, методи ковалентного (або іншого) зв`язування носіїв.

Нетрадиційні вакцини - це принципово нові вакцинні препарати, розроблені на основі передових технологій з урахуванням механізмів імунної відповіді. Мішенню дії таких вакцин є конкретна ланка імунної відповіді. Сьогодні ці вакцини перебувають ще на стадії дослідження. До них належать такі типии.

Синтетичні вакцини - індивідуальний макромолекулярний комплекс зі встановленою структурою. Ці вакцини називаються за хімічною номенклатурою, наводиться також опис усіх структурних радикалів і груп та їх значення, основні корисні властивості (насамперед імуногенність).

Антиідіотипічні вакцини є практично моноклональними антитілами, для яких характерна певна сфера застосування. На сьогодні запатентовано всього кілька препаратів. Практично такими ж експериментальними є препарати ДНК-вакцин.

Генно-інженерні вакцини використовують при генно-інженерному конструюванні живих рекомбінантних вакцинних препаратів- генно-інженерному вдосконаленні традиційних вакцинних препаратів- генно-інженерному одержанні конкретних поліпептидів, що мають ту чи іншу антигенну специфічність.

Із розвитком генно-інженерних технологій стало зрозуміло, що навіть традиційні вакцини можна вдосконалити і зробити безпечнішими при застосуванні технології рекомбінантних ДНК.

Відомо, що більшість існуючих антивірусних вакцин містять інактивовані або живі атенуйовані віруси. Інактивовані, або ?вбиті? вакцини містять віруси, оброблені таким чином, що вони стають нездатними до реплікації. Живі атенуйовані вакцини значно ефективніші, можливо, тому, що стимулюють велику кількість важливих ефекторних механізмів, включаючи індукцію цитотоксичних CD8 Т-клітини: інактивований вірус не може продукувати протеїни в цитозолі- таким чином, антигени вірусних білків не можуть бути презентовані ГКГ молекулами класу 1, і тому цитотоксичні CD8 Т-клітини не генеруються цими вакцинами. Атенуйовані вірусні вакцини на сьогодні застосовуються проти поліомієліту, кору, епідемічного паротиту, краснухи та вітряної віспи.

Емпіричний підхід до атенуації і досі лишається актуальним, але він може бути доповнений двома новими методами, в яких застосовується технологія рекомбінантних ДНК. Перший – це ізоляція специфічних вірусних генів та їх мутагенез in vitro. Мутовані гени використовують для зміни гена дикогб типу в реконструйованому вірусному геномі, внаслідок чого примусово атенуйований вірус можна застосувати як вакцину. Перевага цього підходу полягає в тому, що ці мутації є штучними, отже, реверсія до дикого типу є практично неможливою. Такий підхід може бути корисний при створенні живої протигрипоз ної вакцини. Відомо, що вірус грипу здатний реінфікувати одного й того ж господаря кілька разів, оскільки цей вірус піддається антигенним змінам, що запобігає природній імунній відповіді. Сучасний підхід до вакцинації проти грипу полягає у використанні вбитої вірусної вакцини, яка щорічно формується на основі найпоширеніших штамів вірусу.

Важливим методом лишається селекція непатогенних або ослаблених мутантів для вдосконалення живих атенуйованих бактеріальних вакцин. Завдяки такому підходу було вдосконалено ряд антибактеріальних вакцин. Наприклад, збудник черевного тифу (Salmonella typhi) було використано для вдосконалення живої вакцини. Дикий природний штам піддавали мутагенезу під дією нітрозогуанідину- у новому штамі відбирали дефектний за одним із ферментів, блокуючи шлях синтезу ліпополісахаридів, що є важливим фактором патогенності. Сучасні підходи до використанняатенуйованих вакцин спрямовані на специфіку генів, що кодують ферменти біосинтетичних шляхів амінокислот, які містять ароматичні кільця, такі як тирозин та фенілаланін. При мутації цих генів утворюються ауксотрофні організми, ріст яких залежить від надходження необхідних поживних речовин ззовні, що їх бактерія дикого штаму спроможна синтезувати самостійно. Ці бактерії погано ростуть у кишечнику, але здатні зберігатися тривалий час як вакцина, індукуючи ефективну імунну відповідь. Вакцинація проти Salmonella важлива не тільки для людини. Сучасні методи масового вирощування курей для харчових потреб призвели до поширення інфікування свійських птахів штамами Salmonella, які є патогенними для людини та часто спричинюють харчові отруєння. Таким чином, в окремих частинах світу, де поширений черевний тиф, вакцинація людей є пріоритетним завданням.

Окрім того, атенуйовані мікроорганізми можуть бути ефективними векторами при вакцинації проти багатьох інших патогенів. Ефективна жива атенуйована тифозна вакцина здатна виконувати не тільки свою пряму функцію, а й слугувати вектором для презентації антигенів з інших організмів. Атенуйовані штами Salmonella використовуються як носії гетерологічних генів, що кодують токсин правця та антигени таких різноманітних мікроорганізмів-збудників, як Listeria monocytogenes, Bacillus antracis, Leishmania major, Yersiniapestis та Schistosoma mansoni. Варіанти таких нових пероральних вакцин було апробовано у дослідах з метою захисту мишей від експериментального зараження відповідними патогенами.

Вірусні вектори для перенесення гетерологічних пептидів та протеїнів від інших організмів можуть бути сконструйовані подібним чином. Хоча вірус коров`ячої віспи вже не використовується для профілактики натуральної віспи- цей мікроорганізм здатний відігравати роль авірулентного носія гетерологічних антигенів. Було запропоновано помістити гени, що кодують протективні антигени, кількох різних організмів у один штам вірусу коров`ячої віспи. Цей механізм дозволяє імунізувати людей проти кількох патогенів одночасно, але така вакцина не може бути повторно використана, оскільки вектор вірусу коров`ячо віспи сам по собі генерує тривалий імунітет, що може нейтралізувати його ефективність при повторному введені.

Для успішного розвитку технології рекомбінантних вакцин необхідна ідентифікація протективних антигенів, саме тому прогрес у цьому напрямя залежить від аналітичних можливостей методів рекомбінантної ДНК, так само як і їх застосування для маніпуляції структурою гена.

Одним із нових типів вакцинних препаратів є синтетичні вакцини, створені на основі синтетичних пептидів, аналогів протективних антигенів збудників інфекційних хвороб. Такий підхід до вдосконалення вакцин базується на ідентифікації епітопів для Т-клітин, які стимулюють захисний імунітет.

Незвичним джерелом отримання захисних пептидів вакцин є віруси рослин, які не є патогенними для людини. За допомогою методів генної інженерії відповідні пептидні антигени вводять до складу химерних білків оболонки. Цей метод використовували для захисту мишей від летального ураження вірусом сказу: мишей попередньо годували листям шпинату, інфікованим рекомбінантним вірусом альфа-мозаїки, що містив пептид вірусу сказу.

Особливим типом нових нетрадиційних вакцинних препаратів є ДНК-вакцини. Механізм їх дії полягає у привнесенні ДНК, що кодує мікробний антиген, в організм людини, наприклад у м`язи. Все почалося зі спроб використати нездатні до реплікації бактеріальні плазміди, що кодують білки, в генній терапії: у білків, які експресуються in vivo з цих плазмід, була виявлена здатність стимулювати імунну відповідь. Коли ДНК, що кодувала вірусний імуноген, вводили внутрішньом`язово, у миші з`явилися антитіла та цитотоксичні Т-клітини, що дозволяло їй уникнути наступного ураження цілим вірусом. Така реакція не шкідлива для м`язової тканини, безпечна та ефективна, тому що використовується тільки один мікробний ген (фрагмент мікробної ДНК), не призводить до ризику виникнення активної інфекції. Ця процедура була названа ?ДНК-вакцинація?. ДНК почали вводити спеціальним ?генним пістолетом?, за допомогою якого мікрочастинки, покриті ДНК, через шкіру потрапляли до м`язів. Ця техніка виявилася ефективною при застосуванні на тваринах і, можливо, буде використана для масової імунізації, однак вона тільки випробовується на людях. Об`єднання у плазмідах (векторах) генів, які кодують захисні антигени, з генами, що кодують деякі цитокіни, робить ДНК-вакцинацію значно ефективнішою.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!