XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Начиная с 70-х гг. нашего века появились новые тенденции в области конструирования вакцин. Наряду с совершенствованием классических технологий изготовления традиционных (старых) вакцин, усиленно развивалось создание так называемых искусственных вакцин. В это же время были получены еще два принципиально новых типа вакцин – субъединичные и генно-инженерные вакцины.

Они имеют некоторые преимущества перед живыми вакцинами или изолированными антигенами микробной клетки.

Субъединичные вакцины. это вакцины, состоящие из антигенов, полученных путем извлечения из микроорганизмов различных антигенных фракций: полисахаридов, белков, поверхностных и оболочковых антигенов(конъюгированные).

Некоторые бактерии, при инфицировании организма, часто защищены полисахаридной капсулой, которая позволяет патогенному организму избежать воздействия защитной системы инфицированного организма, особенно при поражении молодых организмов [2,4,5].

Полисахаридные вакцины. вырабатывают ответную реакцию, направленную против молекул в капсуле патогена. Эти молекулы малы и зачастую, их иммуногенность не высока. Как следствие, они, как правило, могут:

Быть неэффективными для новорожденных и молодых особей.

Вызывают лишь краткосрочный иммунитет (медленный иммунный ответ, медленное увеличение уровня антител, отсутствие иммунной памяти).

Примеры полисахаридных вакцин включают менингококковую инфекцию, вызываемую Neisseria meningitidis (менингококки) групп A, C, W135 и Y, а также пневмококковую инфекцию.

Конъюгированные вакцины. Вырабатывают ответную реакцию на молекулы в капсуле патогена. По сравнению с простыми полисахаридными вакцинами, они изготавливаются с применением технологии, которая связывает полисахарид с белком-носителем, который может вызвать долгосрочный защитный ответ даже у новорождённых.

Для целей конъюгации, используются различные белковые носители, включая дифтерийный и столбнячный анатоксин. Конъюгированные субъединичные вакцины могут, таким образом, предотвращать распространенные бактериальные инфекции, для которых простые полисахаридные вакцины или неэффективны для групп наибольшего риска (младенцев) или же обеспечивают лишь краткосрочную защиту (в любом ином организме).

Создание конъюгированных субъединичных вакцин ознаменовало новый этап в истории иммунизации против заболеваний, вызываемых такими инкапсулированными организмами, как менингококки, Haemophilus influenzae (гемофильная палочка) тип b (Hib) и пневмококки.

Субъединичные вакцины на белковом носителе. Их вводят в иммунную систему антиген без вирусных частиц, с использованием специфичного, изолированного белка патогена. Слабая сторона данной технологии заключается в том, что изолированные белки, при денатурации, могут образовать связи с другими антителами, а не с белком патогена.

Широко используются следующие субъединичные вакцины на белковом носителе:

1)Бесклеточная коклюшная вакцина, содержащая инактивированный коклюшный токсин (белок) и может содержать один или более бактериальных компонентов. Коклюшный токсин обезврежен посредством химической обработки или с использованием технологий молекулярной генетики.

2) Гепатит B-вакцины состоят из поверхностного антигена вируса Гепатита B (HbsAg), белка, который производит вирус гепатита B [5].

Получение. Для создания субъединичных вакцин используют три метода:

Первый метод – получение большого количества вирусов, очистка и выделение иммуногенных субъединиц; это так называемые сплит-вакцины. Однако этот способ является дорогостоящим, и он вряд ли найдет когда-либо промышленное применение.

Второй метод – химический синтез специфического иммуногена. При его использовании необходимо знание структуры и аминокислотного состава антигенных детерминант. Детерминантные участки, которые включают в себя только несколько аминокислот, могут быть синтезированы химически и соединены с белком-носителем, таким, как бычий сывороточный альбумин; затем сцепленный белок используют в качестве вакцины. К сожалению, это требует технологически сложного пептидного синтеза.

Третий метод – рекомбинантный.Все последователи отмечают биотехнологические сложности получения субъединичных вакцин и одновременно отмечают перспективность научного направления и большие возможности биопрепаратов этого типа [2].

Достоинства и недостатки. Достоинства состоят в том, что препарат, содержащий очищенный иммуногенный белок, стабилен и безопасен, его химические свойства известны, в нем отсутствуют дополнительные белки и нуклеиновые кислоты, которые могли бы вызывать нежелательные побочные эффекты в организме-хозяине.

Недостатки заключаются в том, что очистка специфического белка стоит дорого, а конформация выделенного белка может отличаться от той, которую он имеет в составе вирусного капсида или оболочки, что может приводить к изменению его антигенных свойств. Также эти вакцины обладают слабой иммуногенностью и малыми размерами, что приводит к быстрому выведению и к краткому антигенному раздражению[1].

Для устранения недостатков к таким вакцинам добавляют адъюванты, которые усиливают иммуногенность вакцин. Они укрупняют антигенные частицы, создают в месте введения "депо", из которого антигены медленно высвобождаются, что удлиняет время их воздействия на иммунную систему. В качестве адъювантов используют минеральные коллоиды (фосфат алюминия, фосфат кальция, гидрат окиси алюминия, алюмокалиевые квасцы), полимерные вещества (липополисахариды, синтетические полимеры), растительные вещества (сапонины) и др. [3].

Генно-инженерные вакцины.В 70-х гг. нашего века успехи генетической клеточной инженерии дали возможность разработать новую технологию получения противовирусных вакцин, получивших название генно-инженерных вакцин.

Необходимость таких разработок диктовалась следующими причинами:

1) недостатком природных источников сырья/подходящих животных;

2) невозможностью размножать вирус в классических объектах/культуры ткани и пр.

Получение. Принцип создания генно-инженерных вакцин включает:

а) выделение природных генов антигенов или их активных фрагментов;

б) встройку этих генов в простые биологические объекты – бактерии, дрожжи;

в) получение необходимого продукта в процессе культивирования биологического объекта – продуцента антигена.

Геномы вирусов по сравнению с геномом клетки (прокариотической или эукариотической) ничтожно малы по размерам. Гены, кодирующие протективные белки, можно клонировать у ДНК–содержащих вирусов непосредственно, у РНК-содержащих вирусов – после обратной транскрипции их генома (для вирусов с непрерывным геномом) или даже отдельных генов (у вирусов с фрагментированным геномом).

На первом этапе развития новой биотехнологии ученые занимались преимущественно клонированием вирусных генов, кодирующих синтез белков, несущих главные антигенные детерминанты. Вскоре были получены рекомбинантные бактериальные плазмиды, несущие гены или геномы вирусов гепатита В, гриппа, полиомиелита.

Следующим этапом явилось получение антигена. Вопрос оказался сложным, ибо экспрессии вирусных генов в прокариотной системе была ничтожной. Это можно объяснить тем, что вирусы в ходе эволюции приспособились к паразитированию в организме человека. Однако со временем были получены экспрессии антигенов. И одним из наиболее типичных примеров, показывающих необходимость создания генно-инженерных вакцины, является гепатит В. Проблема заключается в том, что до сих пор не найдены чувствительные к вирусу культуры клеток или животных. Поэтому разработка генно-инженерного метода получения вакцин стала необходимостью.

Метод заключается в том, что геном клонируют в клетках Е. coli с использованием плазмидных и фаговых векторов. Бактерии, несущие рекомбинантные плазмиды, продуцируют белки, специфически реагирующие с антителами против самого вируса. В 1982 г. в США была получена первая экспериментальная вакцина против гепатита В. Для продукции вирусспецифических белков (антигенов) используют и эукариотические клетки (дрожжи, животных).

Новейшим подходом в создании вирусных вакцин является включение генов, отвечающих за синтез вирусных протеинов, в геном другого вируса. Таким образом создаются рекомбинантные вирусы, обеспечивающие комбинированный иммунитет. [6]

Библиографический список

Глик, Б. Молекулярная биотехнология [текст]: учебник для студентов сельскохозяйственных и медицинских университетов/ Б. Глик, Дж. Пастернак. М. : "Мир", 2002г. – 589с.

"Биотехнология изготовления вакцин" /Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине "Ветеринарная вирусология и биотехнология" [Электронный ресурс] : направление подготовки 36.05.01 Ветеринария / Башкирский ГАУ, Каф. инфекционных болезней, зоогигиены и ветсанэкспертизы ; сост. О. Н. Николаева. - Уфа : [б. и.], 2016. - 12 с.

Вакцины [электронный ресурс] – режим доступа: https://medlec.org/lek2-63116.html.

Биотехнология получения и производства вакцин [электронный ресурс] – режим доступа: http://kursak.net/biotexnologiya-polucheniya-i-proizvodstva-vakcin/

Основы безопасности вакцин [электронный ресурс]: электронный учебный курс – режим доступа: http://ru.vaccine-safety-training.org/subunit-vaccines.html.

Типы вакцин и их конструирование [электронный ресурс] – режим доступа: http://znatock.org/s3534t1.html.

Код для цитирования: Скопировать