Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Светящиеся в темноте коты? Это может звучать, как научная фантастика, но они существуют уже многие годы. Капуста, производящая яд скорпионов? Сделано. Да, и в следующий раз, когда вам понадобится вакцина, доктор может просто дать вам банан.

Эти и многие другие генетически измененные организмы существуют сегодня, их ДНК была изменена и смешана с другой ДНК, чтобы получить полностью новый набор генов.Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Вы можете не знать этого, но многие из этих генетически модифицированных организмов являются частью жизни и даже частью повседневного питания.

К примеру, в США около 45% кукурузы и 85% соевых бобов генетически модифицированы, и оценочно 70-75% бакалейных продуктов на полках продуктовых магазинов содержат генетически созданные ингредиенты.

Ниже представлен список самых странных растений и животных, созданных методами генной инженерии и существующих сегодня.

Светящиеся в темноте коты

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

В 2007 году южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы заставить его светиться в темноте, а затем взял эту ДНК и клонировал из нее других котов, создав целую группу пушистых флуоресцирующих кошачьих.

И вот, как он это сделал: исследователь взял кожные клетки мужских особей турецкой ангоры и, используя вирус, ввел генетические инструкции по производству красного флуоресцентного белка.

Затем он поместил генетически измененные ядра в яйцеклетки для клонирования, и эмбрионы были имплантированы назад донорским котам, что сделало их суррогатными матерями для собственных клонов.

Так для чего же нужно домашнее животное, работающее по совместительству ночником? Ученые говорят, что животные с флуоресцентными протеинами дадут возможность искусственно изучать на них человеческие генетические болезни.

Эко-свинья

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Эко-свинья, или как критики ее еще называют Франкенсвин — это свинья, которая была генетически изменена для лучшего переваривания и переработки фосфора.

Свиной навоз богат формой фосфора фитатом, а потому, когда фермеры используют его как удобрение, это химическое вещество попадает в водосборы и становится причиной цветения водорослей, которые, в свою очередь, уничтожают кислород в воде и убивают водную жизнь.

Ученые добавили бактерию E. Coli и ДНК мыши в эмбрион свиньи. Это изменение уменьшило производство фосфора свиньей ни много, ни мало на 70%, что сделало ее более экологически чистой.

Борющиеся с загрязнениями растения

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. После этого растения разлагают загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух.

В лабораторных испытаниях трансгенные растения удаляют ни много, ни мало 91% трихлорэтилена из жидкого раствора, химического вещества, являющегося самым распространенным загрязнителем подземных вод.

Ядовитая капуста

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в капусту. Зачем нужна ядовитая капуста? Чтобы уменьшить использование пестицидов и при этом не давать гусеницам портить урожай. Это генетически модифицированное растение будет производить яд, убивающий гусениц после укуса листьев, но токсин изменен так, чтобы быть безвредным для людей.

Плетущие паутину козы

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Крепкий и гибкий паутиний шелк является одним из самых ценных материалов в природе, его можно было бы использовать для производства целого ряда изделий от искусственных волокон до парашютных строп, если бы была возможность производства в коммерческих объемах. В 2000 году компания «Nexia Biotechnologies» заявила, что имеет решение: коза, производящая в своем молоке паутинный белок паука.

Исследователи вложили ген каркасной нити паутины в ДНК козы таким образом, чтобы животное стало производить паутинный белок только в своем молоке. Это «шелковое молоко» затем можно использовать для производства паутинного материала под названием «Биосталь».

Быстрорастущий лосось

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Генетически модифицированный лосось компании «AquaBounty» растет в два раза быстрее, чем обычная рыба этого вида. На фото показаны два лосося одного возраста. В компании говорят, что рыба имеет тот же вкус, строение ткани, цвет и запах, как и обычный лосось; однако все еще идут споры о ее съедобности.

Генетически созданный атлантический лосось имеет дополнительный гормон роста от чавычи, который позволяет рыбе производить гормон роста круглый год.

Ученым удалось сохранить активность гормона при помощи гена, взятого у схожей на угря рыбы под названием «американская бельдюга» и действующего как «включатель» для гормона.

Если Федеральное управление США по контролю качества продуктов питания, напитков и лекарственных препаратов согласует продажу лосося, то это станет первым случаем, когда американское правительство разрешит распространять модифицированное животное для потребления человеком. В соответствии с федеральными положениями рыбу не надо будет помечать как генетически модифицированную.

Помидор Flavr Savr

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Помидор Flavr Savr был первым коммерчески выращиваемым и генетически созданным продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком.

Добавляя антисмысловый ген, компания «Calgene» надеялась замедлить процесс созревания помидора, чтобы предотвратить процесс размягчения и гниения, давая при этом ему возможность сохранить природный вкус и цвет.

В итоге помидоры оказались слишком чувствительными к перевозке и совершенно безвкусными.

Банановые вакцины

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Вскоре люди смогут получать вакцину от гепатита Б и холеры, просто укусив банан. Исследователи успешно создали бананы, картофель, салат-латук, морковь и табак для производства вакцин, но, по их словам, идеальными для этой цели оказались именно бананы.

Когда измененная форма вируса вводится в молодое банановое дерево, его генетический материал быстро становится постоянной частью клеток растения.

С ростом дерева его клетки производят вирусные белки, но не инфекционную часть вируса.

Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.

Менее страдающие от метеоризма коровы

Генно-инженерные вакцины: примеры, методика создания и применение

Коровы производят значительные объемы метана в результате процессов пищеварения. Он производится бактерией,  являющейся побочным продуктом богатой целлюлозой диеты, включающей траву и сено. Метан – второй по объему после двуокиси углерода загрязнитель, вызывающий парниковый эффект, и потому ученые работали над созданием коровы, производящей меньше этого газа.

  • Исследователи в сфере сельского хозяйства Университета Альберты обнаружили бактерию, отвечающую за производство метана, и создали линию скота, выделяющего на 25% меньше газа, чем обычная корова.
  • Генетически модифицированные деревья

Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Сторонники генетически созданных деревьев говорят, что биотехнологии могут помочь остановить обезлесение и удовлетворить потребности в древесине и бумаге.

Например, австралийское эвкалиптовое дерево изменено для устойчивости к низким температурам, была создана ладанная сосна с меньшим содержанием лигнина – вещества, дающего деревьям твердость.

В 2003 году Пентагон даже наградил создателей сосны, меняющей цвет во время биологической или химической атаки.

  1. Однако критики заявляют, что знаний о том, как созданные деревья влияют на природное окружение, еще недостаточно; среди иных недостатков они могут распространять гены на природные деревья или увеличивать риск воспламенения.
  2. Лекарственные яйца

Британские ученые создали породу генетически модифицированных кур, которые производят в яйцах лекарства против рака. Животным добавили в ДНК гены людей, и, таким образом, человеческие белки секретируются в белок яиц вместе со сложными лекарственными белками, схожими с препаратами, используемыми для лечения рака кожи и других заболеваний.

Что же именно содержится в этих борющихся с болезнями яйцах? Куры несут яйца с miR24 – молекулой, способной лечить злокачественные опухоли и артрит, а также с человеческим интерфероном b-1a – антивирусным лекарством, схожим на современные препараты от множественного склероза.

Активно связывающие углерод растения

Ежегодно люди добавляют около девяти гигатонн углерода в атмосферу, а растения впитывают около пяти из этого количества. Оставшийся углерод способствует парниковому эффекту и глобальному потеплению, но ученые работают над созданием генетически модифицированных растений для улавливания этих остатков углерода.

Углерод может в течение десятилетий оставаться в листьях, ветвях, семенах и цветах растений, а тот, что попадает в корни, может быть там столетия.

Таким образом, исследователи надеются создать биоэнергетические культуры с обширной корневой системой, которые смогут связывать и сохранять углерод под землей.

Ученые в настоящее время работают над генетическим модифицированием многолетних растений, как просо прутьевидное и мискант, что связано с их большими корневыми системами. Подробнее об этом читайте на страницах нашего журнала.

Источник: https://facepla.net/the-news/1582-gmo27.html

Ген’иальная медицина

Череда поистине великих достижений в области генетики, молекулярной биологии и вирусологии связывает между собой литры жизненно необходимого инсулина и сою в колбасе, повседневный «ИФА на сифилис» и будущие сады на Марсе. Сугубо теоретические знания о структуре ДНК да лигазах-рестриктазах обернулись в недалеком прошлом вполне практической генетической инженерией. Полученные с ее помощью продукты могут обидно называться «генетически модифицированными» и стоить значительно дешевле на полке в супермаркете либо гордо именоваться «рекомбинантными» и быть заслуженно дорогими, находясь в аптеке. Последующее же неизбежное развитие генной инженерии, по разным прогнозам, может привести как к долгой счастливой жизни без голода и болезней, так и к зомби-апокалипсису в результате побега инфицированной мартышки от доигравшихся, наконец, ­ученых.

Читайте также:  После прививки АКДС уплотнение и покраснение: что делать и как ухаживать за местом укола

Суть вопроса

Генетическая (генная) инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий, которые ­позволяют:

  • получать рекомбинантные РНК и ­ДНК;
  • выделять гены из организма ­(клеток);
  • осуществлять манипуляции с генами и вводить их в другие ­организмы.

Свойства любого организма (цвет лепестков/шерсти/волос, способность усваивать глюкозу, возможность вырасти до 2 метров и т. д.) зависят от белков. Белки кодируются определенными генами.

Ген можно «вырезать» из ДНК какого‑либо организма ферментами или, зная последовательность аминокислот в нужном белке, собрать ген этого белка из отдельных нуклеотидов, затем «вставить» его в ДНК бактерии (растения, животного), которая начнет производить заданный белок.

За кажущейся простотой — десятилетия научного поиска, отмеченные несколькими Нобелевскими ­премиями.

  • Для тех, кто забыл
  • Вектор — молекула ДНК или РНК, способная переносить включенные в нее чужеродные гены в ­клетку.
  • Лигазы — ферменты бактерий и вирусов, которые соединяют концы двух фрагментов ­ДНК.

Плазмида — внехромосомная молекула ДНК бактерий или дрожжей, как правило, кольцевая, способная к автономной репликации. В генной инженерии используется как ­вектор.

Рестриктазы — ферменты бактерий, узнающие и атакующие определенные последовательности нуклеотидов в ДНК. В генной инженерии рестриктазы «вырезают» фрагменты из молекулы ДНК вектора, что позволяет вставить на освободившееся место нужный ­ген.

Значение генной инженерии для медицины

Продукты генной инженерии как‑то исподволь, но прочно вошли в медицинскую практику: лекарства для лечения редких болезней, рекомбинантный инсулин, вакцины против вируса гепатита В — без них современному врачу трудно представить себе мир.

Генно-инженерными методами производят некоторые высокоселективные аллергены для кожных проб, некоторые реагенты для иммуноферментного анализа и многое другое. На этапе доклинических испытаний медикаментов приносятся в жертву миллионы генетически измененных ­животных.

Ниже в порядке усложнения технологии и степени отрыва от реальности представлены основные примеры применения генной инженерии в медицине.

Лекарства из бактерий

Сегодня на вооружении у врачей есть ряд препаратов, для которых критически важно точное соответствие аналогам в организме.

Это препараты заместительной терапии при эндокринологических заболеваниях, гематологических болезнях (эритропоэтин, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, факторы свертывания крови, некоторые моноклональные антитела и др.

), вирусных инфекциях (интерфероны), инфаркте миокарда и ишемическом инсульте (фибринолитики) и многих ­других.

Методы генной инженерии имеют следующие преимущества при получении такого рода ­лекарств:

  • Идентичность веществ по структуре человеческим. Инсулин, производившийся из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, отличался от человеческого по одной и трем аминокислотам, соответственно, это часто приводило к нежелательным ­реакциям.
  • Более низкая цена и удобное производство. Для получения 200 г сухого вещества того же инсулина требуется поджелудочных желез от более чем 6000 коров (или свиней). То же количество может быть произведено бактериями, содержащимися в 1000 л культуральной ­жидкости.
  • Отказ от специфического сырья, которое полностью не очищается, например, гипофизы трупов использовались для получения соматотропного гормона, а моча женщин в менопаузе — традиционный источник фолликулостимулирующего и лютеинизирующего ­гормонов.

Лекарства из флоры и фауны

Бактерии и дрожжи, культуры клеток яичника китайского хомячка и моркови, продуцирующие сырье для препаратов, — это хорошо, но довольно дорого, к тому же сборка некоторых сложных молекул тем же бактериям недоступна из‑за биохимических различий с человеком. Идея перевода «биореакторов» на подножный корм или удобрения давно витала в воздухе.

Механизм в целом тот же: нужный ген встраивается в ДНК животного или растения. ДНК микроинъекцией вводится в ядро оплодотворенной яйцеклетки, которая имплантируется в матку. Большинство эмбрионов, конечно, погибает, а среди родившихся животных далеко не все производят нужное вещество.

Тем не менее на сегодняшний день мы имеем трансгенных коров, коз, свиней, кроликов, кур, лососей и шелкопряда.

Из их биологических жидкостей в экспериментах получены человеческие α-антитрипсин, альбумин, гемоглобин, эритропоэтин, гормоны, факторы свертывания крови, шовный и перевязочный материал… Стоило ли ради свиной спермы отходить от женской мочи, пока не ясно, ведь сложности с очисткой сохраняются, да и цена этих препаратов с учетом технологического процесса всё еще будет очень ­высокой.

Растения-биореакторы удобнее тем, что лишены болезней млекопитающих, как правило, быстрее растут, проще и дешевле в разведении и хранении урожая. Ассортимент трансгенной флоры не уступит нашим рынкам в конце лета: от огурцов с подсолнухами до клубники и киви.

«Любимая» же зелень генных инженеров-фармакологов — это табак, соя, картофель, рис и кукуруза.

Набор возможных лекарств примерно соответствует «животным»: гормоны, гемоглобин, белки крови, моноклональные антитела для диагностики и лечения онкологии и вирусных инфекций, интерферон, а также антигены вирусов и бактерий — потенциальные вакцины. Ни одного препарата пока не ­зарегистрировано.

Плодовые вакцины

Логическое продолжение трансгенных растений — так называемые съедобные лекарства (в основном вакцины).

В самом деле, зачем тратить время и средства на выделение белков холерного вибриона, малярийного плазмодия, вирусов гепатита В, бешенства и иммунодефицита человека из томатов, бананов и картофеля, если их можно съесть и так? По крайней мере, в опытах на мышах удается достигнуть развития иммунного ответа, и даже термическая обработка в ряде случаев не снижает эффективности съедобной вакцины. Антигены в кишечнике «встречаются» с антигенпрезентирующими клетками, далее всё, как обычно. Преимущества очевидны: очень дешево, вкусно и в большом количестве. Основные недостатки: возможность развития иммунологической толерантности вместо иммунного ответа, вариабельность содержания интересующего белка от плода к плоду даже с одного куста, и в итоге — неясность ­«дозирования».

Вакцины

«Австралийский антиген», белок оболочки вируса гепатита В и капсидные белки нескольких типов вируса папилломы человека для соответствующих вакцин продуцируют трансгенные дрожжи. Принцип тот же, что и с инсулином, только вместо человеческого синтезируется вирусный белок.

Этим же путем идут создатели испытываемой сейчас противогриппозной вакцины, в основе которой лежит иммуногенный белок клеточной стенки М2, высококонсервативный, в отличие от почти ежегодно «обновляемых» гемагглютинина и нейраминидазы (тех самых «H» и «N» с порядковыми номерами в названии очередного подтипа ­вируса).

Также возможно создание вирусных и бактериальных векторов. При этом гены высокоиммуногенных белков вводятся в непатогенные вирусы и бактерии, после чего, например, штаммы шигелл начинают экспрессировать антигены малярийного плазмодия, а сальмонеллы — белки вируса иммунодефицита человека.

Попадая в организм, такие «овцы в волчьих шкурах» индуцируют не только гуморальный, но и клеточный иммунный ответ.

Особый плюс подобных «сальмонелльных» вакцин — это возможность их перорального приема, что значительно упростит иммунизацию населения и снизит уровень напряженности (и шума) в прививочных кабинетах детских ­поликлиник.

Важнейшим успехом генной инженерии в медицине, венцом иммунопрофилактики и перспективным методом лечения опухолей и аутоиммунных заболеваний считаются ДНК-вакцины. В плазмиду встраивают промотор и ген интересующего белка (оболочки вируса, клеточной стенки бактерии, опухолевый антиген).

Полученные векторы тем или иным путем вводятся в организм и попадают в ядро антигенпрезентирующей клетки. В ней продуцируется чужой белок, который «режется» на короткие пептиды и представляется для распознавания клеткам иммунной системы. Таким образом, роль «биореактора» играют уже клетки организма человека.

Большинство таких вакцин пока обладают недостаточной иммуногенностью, ведутся работы по ее ­повышению.

Генная терапия

Дальнейшее развитие данной отрасли науки привело к появлению генной терапии. Тут уже всё по‑взрослому, хотя пока и экспериментально. Устраняются посредники типа бактерий, коз и бананов.

Как правило, так пытаются лечить тяжелые и редкие наследственные или спорадически возникающие заболевания, патогенез которых обусловлен дефектом какого‑либо одного гена, например, первичные иммунодефициты.

При этом другие методы лечения неэффективны или труднодоступны, и терять, в общем, нечего. Результаты впечатляющие, но и цена нежелательных реакций ­высока.

В начале 2000‑х гг. в Англии и Франции проводились клинические испытания генной терапии Х-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита, при котором нарушен синтез общего рецептора нескольких цитокинов, отвечающих за дифференцировку и пролиферацию лимфоцитов.

При отсутствии аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток дети умирают от тяжелых инфекций в 1‑й год жизни. В ходе испытаний 20 маленьким пациентам были трансплантированы собственные (то есть дефектные) стволовые клетки костного мозга, в которые был введен ретровирусный вектор, несущий ген нормального белка рецептора и вирусный промотор.

Блестящие результаты — восстановление функций иммунной системы, отсутствие рецидива в течение всего периода наблюдения (4–11 лет) — были омрачены развитием Т-клеточного острого лимфобластного лейкоза у 5 детей (известно, что один ребенок погиб). Выяснилось, что ген белка и вирусный промотор у всех 5 заболевших встроились в ДНК рядом с протоонкогенами, т. е.

генами, при усилении экспрессии которых возможно неконтролируемое деление клеток. Встраивание генного материала в ДНК хозяина в наше время в основном дело ­случая.

Первые ошибки были учтены, в настоящее время исследователи выбирают неонкогенные вирусы с известными местами встраивания в человеческую ДНК, или ­плазмиды.

Ведутся разработки препаратов генной терапии и для более «народных» болезней: ишемической болезни сердца, хронической критической ишемии нижних конечностей (местно вводятся гены фактора роста эндотелия сосудов — с целью стимуляции ангиогенеза), опухолей различной локализации (блокада онкогенов, индукция апоптоза) и, конечно, сахарного диабета I типа. Есть надежда, что они будут ­дешевле.

В общем, в генной инженерии остается достаточно технологических трудностей, иммунологического несоответствия, опасности инфицирования человека вирусами животных с потенциальным появлением новых болезней. Всего этого упрямые и беспринципные ученые не очень‑то и боятся. Понятно, что у человечества хватит мозгов, чтобы как‑то решить эти проблемы, остается надеяться, что хватит ума не наделать ­новых.

Читайте также:  Фенистил перед прививкой АКДС: инструкция по применению капель и геля для детей

Испытания препаратов генной терапии с разным успехом проходят при синдроме Вискотта — Олдрича, хронической гранулематозной болезни, муковисцидоза, мышечных дистрофиях Дюшенна и Беккера, болезни Паркинсона, лизосомальных болезнях накопления. Первое зарегистрированное в Европе в конце 2012 г. лекарственное средство генной терапии при редкой болезни гиперхиломикронемии стоит около $ 1,6 миллиона на ­курс.

Источник: https://www.katrenstyle.ru/articles/journal/medicine/spotlight/genialnaya_meditsina

Вакцины, полученные методами генной инженерии

Суть метода: гены вирулентного микроорганизма, отвечающий за синтез протективных антигенов, встраивают в геном какого-либо безвредного микроорганизма, который при культивировании продуцирует и накапливает соответствующий антиген. Примером может служить рекомбинантная вакцина против вирусного гепатита B, вакцина против ротавирусной инфекции.

Наконец, имеются положительные результаты использования т.н. векторных вакцин, когда на носитель — живой рекомбинантный вирус осповакцины (вектор) наносятся поверхностные белки двух вирусов: гликопротеин D вируса простого герпеса и гемагглютинин вируса гриппа А.

Происходит неограниченная репликация вектора и развивается адекватный иммунный ответ против вирусной инфекции обоих типов.

Действие отдельных компонентов микробных, вирусных и паразитарных антигенов проявляется на разных уровнях и в разных звеньях иммунной системы.

Их результирующая может быть лишь одна: клинические признаки заболевания — выздоровление — ремиссия — рецидив — обострение или другие состояния организма.

Так, в частности, АДС — через 3 недели после ее введения детям приводит к возрастанию уровня Т-клеток и увеличению содержания ЕКК в периферической крови, поливалентная бактериальная вакцина Lantigen B стимулирует антителообразование Ig A в крови и слюне, но самое главное, что при дальнейшем наблюдении у вакцинированных отмечено уменьшение числа случаев заболевания, а если они и возникали, то протекали легче. Клиническая картина болезни, т. о., является наиболее объективным показателем вакцинации.

Рекомбинантные вакцины — для производства этих вакцин применяют рекомбинантную технологию, встраивая генетический материал микроорганизма в дрожжевые клетки, продуцирующие антиген. После культивирования дрожжей из них выделяют нужный антиген, очищают и готовят вакцину. Примером таких вакцин может служить вакцина против гепатита В (Эувакс В).

Рибосомальные вакцины

Для получения такого вида вакцин используют рибосомы, имеющиеся в каждой клетке. Рибосомы — это органеллы, продуцирующие белок по матрице — и-РНК. Выделенные рибосомы с матрицей в чистом виде и представляют вакцину. Примером может служить бронхиальная и дизентерийная вакцины (например, ИРС — 19, Бронхо-мунал, Рибомунил).

Другой вопрос, который следует иметь ввиду при реализации любых программ массовых иммунизаций — это соотношение между безопасностью вакцин и их эффективностью.

В программах иммунизации детей против инфекций имеется конфликт между интересом индивидуума (вакцина должна быть безопасна и эффективна) и интересом общества (вакцина должна вызывать достаточный протективный иммунитет).

К сожалению, на сегодняшний день в большинстве случаев частота осложнений вакцинации тем выше, чем выше ее эффективность.

  • Использование новых технологий позволило создать вакцины второй генерации.
  • Рассмотрим подробнее некоторые из них:
  • — конъюгированные

Некоторые бактерии, вызывающие такие опасные заболевания, как менингиты или пневмонию (гемофилюс инфлюэнце, пневмококки), имеют антигены, трудно распознаваемые незрелой иммунной системой новорожденных и грудных детей.

В конъюгированных вакцинах используется принцип связывания таких антигенов с протеинами или анатоксинами другого типа микроорганизмов, хорошо распознаваемых иммунной системой ребенка.

Протективный иммунитет вырабатывается против конъюгированных антигенов.

На примере вакцин против гемофилюс инфлюэнце (Hib-b) показана эффективность в снижении заболеваемости Hib-менингитами детей до 5-ти лет в США за период с 1989 по 1994 г.г. с 35 до 5 случаев.

— субъединичные вакцины

Субъединичные вакцины состоят из фрагментов антигена, способных обеспечить адекватный иммунный ответ. Эти вакцины могут быть представлены как частицами микробов, так и получены в лабораторных условиях с использованием генно-инженерной технологии.

Примерами субъедиинчных вакцин, в которых используются фрагменты микроорганизмов, являются вакцины против Streptococcus pneumoniae и вакцина против менингококка типа А.

Рекомбинантные субъединичные вакцины (например, против гепатита B) получают путем введения части генетического материала вируса гепатита B в клетки пекарских дрожжей. В результате экспрессии вирусного гена происходит наработка антигенного материала, который затем очищается и связывается с адъювантом. В результате получается эффективная и безопасная вакцина.

— рекомбинантные векторные вакцины

Вектор, или носитель, — это ослабленные вирусы или бактерии, внутрь которых может быть вставлен генетический материал от другого микроорганизма, являющегося причинно-значимым для развития заболевания, к которому необходимо создание протективного иммунитета. Вирус коровьей оспы используется для создания рекомбинантных векторных вакцин, в частности, против ВИЧ инфекции. Подобные исследования проводятся с ослабленными бактериями, в частности, сальмонеллами, как носителями частиц вируса гепатита B.

В настоящее время широкого применения векторные вакцины не нашли.

Источник: https://vuzlit.ru/929818/vaktsiny_poluchennye_metodami_gennoy_inzhenerii

Генно-инженерные (рекомбинантные вакцины). Иммунобиотехнология

Генно-инженерные вакцины содержат антигены возбудителей, полученные с использованием методов генной инженерии, и включают только высокоиммуногенные компоненты, способствующие формированию защитного иммунитета.

Возможны несколько вариантов создания генно-инженерных вакцин:

• Внесение генов вирулентности в авирулентные или слабовирулентные микроорганизмы. • Внесение генов вирулентности в неродственные микроорганизмы с последующим выделением Аг и его использованием в качестве иммуногена.

  • • Искусственное удаление генов вирулентности и использование модифицированных организмов в виде корпускулярных вакцин.
  • Иммунобиотехнология основана на реакции антиген (АГ)- антитело (АТ). В
  • качестве примера иммунобиотехнологического генного процесса может служить получение вируса полиомиелита из культуры ткани живого человека

для получения вакцины. Биопродукты (вакцины) должны проходить тщательную проверку на безопасность и эффективность. На эту стадию проверки вакцины уходит обычно около двух третей (2/3) стоимости вакцины.

Рассмотрим более подробно вакцины.

Вакцины – это препараты, приготовленные из убитых или ослабленных болезнетворных микроорганизмов или их токсинов. Как известно, вакцины

применяются с целью профилактики или лечения. Введение вакцин вызывает иммунную реакцию, за которой следует приобретение устойчивости организма человека или животного к патогенным микроорганизмам.

  1. Если рассмотреть состав вакцины, то в них входят:
  2. — действующий компонент, представляющие специфические антигены,
  3. — консервант, который продлевает срок годности вакцины,
  4. — стабилизатор, который определяет стабильность вакцины при ее хранении,
  5. — полимерный носитель, который повышает иммуногенность антигена (АГ).
  6. Под иммуногенностью понимают свойство антигена вызывать иммунный
  7. ответ.
  8. В роли антигена можно использовать:
  9. 1. живые ослабевшие микроорганизмы
  10. 2. неживые, убитые микробные клетки или вирусные частицы
  11. 3. антигенные структуры, извлеченные из микроорганизма

4. продукты жизнедеятельности микроорганизмов, в качестве которых используют токсины, как вторичные метаболиты.

  • Классификация вакцин в соответствии с природой специфического антигена:
  • • живые
  • • неживые
  • • комбинированные.
  • Рассмотрим более подробно каждую из них.
  • Живые вакцины получают
  • а) из естественных штаммов микроорганизмов с ослабленной вирулентностью для человека, но содержащий полный набор антигенов (в качестве примера можно привести вирус оспы).

б) из искусственных ослабленных штаммов.

в) часть вакцин получают генноинженерным способом. Для получения таких вакцин используют штамм, несущий ген чужеродного антигена, например, вирус оспы со встроенным антигеном гепатита В.

2. Неживые вакцины – это:

а) молекулярные и химические вакцины. При этом молекулярные вакцины конструируют на основе специфического антигена, который находится в молекулярном виде. Эти вакцины могут быть получены и путем химического синтеза или биосинтеза.

Примерами молекулярных вакцин являются анатоксины. Анатоксины – это бактериальный экзотоксин, потерявший токсичность в результате длительного воздействия формалина, но сохранивший антигенные свойства.

Это дифтерийный токсин, столбнячный токсин, бутулинический токсин.

б) корпускулярные вакцины, которые получают из целой микробной клетки, которая инактивизирована температурой, ультрафиолетовым облучением или химическими методами, например, спиртом.

3. Комбинированные вакцины.Они комбинируются из отдельных вакцин,

превращаясь при этом в поливакцины, которые способны иммунизировать

сразу от нескольких инфекций. В качестве примера можно назвать поливакцину АКДС, содержащую дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшные корпускулярные антигены. Эта вакцина, как известно, широко применяется в детской практике.

Рассмотрим подробнее токсиныс точки зрения их, как продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

1 группа токсинов – это экзотоксины:

экзотоксины – это белковые вещества, выделяемые клетками бактерий во внешнюю среду. Они в значительной степени определяют болезнетворность микроорганизмов. Экзотоксины в своем строении имеют два центра. Один из

них фиксирует молекулу токсина на соответствующем клеточном рецепторе, второй – токсический фрагмент – проникает внутрь клетки, где блокирует жизненно важные метаболические реакции. Экзотоксины могут быть термолабильны или термостабильны. Известно, что под действием формалина они теряют токсичность, но сохраняют при этом иммуногенные свойства – такие токсины называются анатоксинами.

2 группа токсинов – это эндотоксины.

Эндотоксины являются структурными компонентами бактерий, представляя липополисахариды клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Эндотоксины менее токсичны, разрушаются при нагревании до 60-800С в течении 20 минут.

Эндотоксины выходят из клетки бактерий при ее разложении. При введении в организм эндотоксины вызывают иммунный ответ. Получают сыворотку путем иммунизации животных чистым эндотоксином.

Однако эндотоксины относительно слабый иммуноген и сыворотка не может обладать высокой антитоксической активностью.

Читайте также:  Тетраксим и Пентаксим: отличия вакцин, что лучше использовать для ребенка

Получение вакцин

1. вакцины живые

1.1.живые бактерийные вакцины. Этот тип вакцин получается наиболее просто. В ферментере выращиваются чистые ослабленные культуры.

  1. Существует 4 основных стадии получения живых бактерийных вакцин:
  2. — выращивание
  3. — стабилизация
  4. — стандартизация
  5. — лиофильное высушивание.
  6. В этих случаях штаммы продуцентов выращиваются на жидкой питательной среде в ферментере вместимостью до 1-2 м3.

1.2. живые вирусные вакцины.В этом случае вакцины получают путем культивирования штамма в курином эмбрионе или в культурах животных клеток.

2. молекулярные вакцины.Чтобы иметь представление об этом типе вакцин, надо знать, что в этом случае из микробной массы выделяют специфический антиген или экзотоксины. Их очищают, концентрируют. Затем токсины обезвреживают и получают анатоксины.Очень важно, что специфический антиген может быть также получен путем химического или биохимического синтеза.

3. корпускулярные вакцины.Их можно получить из микробных клеток, которые предварительно культивируют в ферментере. Затем микробные клетки инактивируют температурой, или ультрафиолетовым облучением (УФ), или химическими веществами (фенолами или спиртом).

  • Сыворотки
  • Применение сывороток
  • 1. Сыворотки широко используются в случаях профилактики и лечения
  • инфекционных заболеваний.

2. Сыворотки также используются при отравлении ядами микробов или животных – при столбняке, ботулизме дифтерии (для инактивации экзотоксинов), применяются сыворотки и от яда кобры, гадюки и др.

3. Сыворотки могут быть использованы и для диагностических целей, для создания различных диагностических наборов ( например в тестах на определение беременности). В этом случае антитела используются в реакциях образования комплексов с антигенами (антиген (АГ) – антитело (АТ), когда происходит подтверждение наличия соответствующих антигенов, что может быть использовано в различных реакциях.

  1. Профилактическое или лечебное действие сывороток основано на содержащихся в сыворотке антителах (АТ)
  2. Для массового получения сыворотки вакцинируют ослов, лошадей. Введение
  3. такой сыворотки дает образование пассивного иммунитета, то есть организм

получает готовые антитела. Сыворотки, которые получают путем иммунизации животных должны быть на контроле по такому показателю, как титр антителу животных, чтобы брать у них кровь в период максимального содержания антител. Из крови животных выделяют плазму крови, затем из плазмы удаляют фибрин и получают сыворотку. Это один способ получения сыворотки.

Другой способ получения сыворотки – это из культивируемых животных клеток.

Источник: https://poisk-ru.ru/s51314t5.html

Генно-инженерные вакцины

Генная инженерия — это экспериментальная наука, изучающая закономерности конструирования in vitro и поведение в реципиентной клетке функционально активных молекул рекомбинантной ДНК.

Объектом исследования генной инженерии являются гены — отрезки ДНК, кодирующие синтез тех или иных белков.

Принцип создания генно-инженерных вакцин заключается в том, что интересующий нас ген (ответственный за синтез иммунного белка вируса) «вырезают» из ДНК вируса с помощью ферментов (рестриктаз) и встраивают, используя ферменты (лигазы), в ДНК вектора (например, в плазмиду Е.

coli — это автономная кольцевая ДНК из 4—6 тыс. пар нуклеотидов, способная размножаться в клетках Е. сой). Затем эту рекомбинантную ДНК вводят в клетки Е. coli, в которых рекомбинантная ДНК размножается (реплицируется) и происходит экспрессия встроенного гена, т. е.

синтез соответствующего белка (кодируемого встроенным геном вируса).

Бактериальные клетки Е. coli культивируют в питательной среде, и происходит «наработка» иммуногенного белка вируса, который выделяют и после соответствующей очистки используют в качестве материала для вакцины.

Однако необходимо отметить, что многие вирусные белки, успешно синтезированные в микроорганизмах, имеют очень низкую иммуногенную активность. Причина этого в особенностях формирования структуры вирусных белков.

Как правило, они гликозилированы, имеют сложную третичную или четвертичную структуру. Так, гемагглютинин вируса гриппа находится в вирионе в виде тримера, который образуется из мономерных полипепдидов в клетках животных.

Получить in vitro такую функционально активную структуру гемагглютинина не удается. Иммуногенность гемагглютинина в вирионе в несколько тысяч раз выше, чем мономерного полипептида, синтезированного в бактериях.

При получении генно-инженерных вакцин в качестве векторов кроме плазмид используют фаги, дрожжи, вирусы животных (вирус осповакцины, аденовирусы, бакуло — и герпесвирусы).

Наибольший эффект получен с вирусом осповакцины, используемым в качестве вектора. Этот вирус имеет большой геном (около 187 тыс. пар нуклеотидов). Из него можно удалить значительный участок (около 30 тыс.

пар нуклеотидов), который не является жизненно необходимым для репродукции этого вируса в клетках, а на его место встроить чужеродные гены тех вирусов, против которых получают вакцину.

Полученные при этом рекомбинантные ДНК способны размножаться в организме привитых и индуцировать образование иммунитета не только против оспы, но и против того вируса, чей ген встроен в его геном.

Использование вируса осповакцины в качестве вектора для вакцинации имеет ряд преимуществ: способность размножаться в клетках животных многих видов; экспрессировать несколько генов; индуцировать гуморальный и клеточный иммунитеты; термостабильность; экономичное производство и легкость применения.

Выявленные ранее недостатки у вируса осповакцины, связанные с реактогенностью, были в основном устранены с помощью генетических манипуляций. Возможность включения нескольких генов, кодирующих соответствующие иммуногены, дают возможность вакцинировать животных одновременно против нескольких вирусных болезней. Однако необходимо иметь в виду, что индивидуумы, уже иммунные к вирусу осповакцины, при вакцинации рекомбинантным вирусам не дают эффекта ввиду отсутствия его приживаемости.

В последние годы получены профилактические препараты из рекомбинантного штамма вируса осповакцины, содержащего гены, кодирующие поверхностные гликопротеиды вирусов гриппа, бешенства, респираторно-сицитиального, болезни Ауески, инфекционного ринотрахеита крупного рогатого скота и др.

Источник: https://www.activestudy.info/genno-inzhenernye-vakciny/

Генно-инженерные вакцины — microbiology.com.ua

Рекомбинантная технология совершила прорыв в создании прин­ципиально новых вакцин. Принцип создания генно-инженерных вакцин заключается в том, что в геном живых аттенуированных вирусов, бактерий, дрожжей или клеток эукариотов встраивается ген, кодирующий образование протективного антигена того воз­будителя, против которого будет направлена вакцина.

В качестве вакцин используются сами модифицированные мик­роорганизмы или протективный антиген, образующийся при их культивировании в условиях in vitro. В первом случае иммунный ответ направлен не только против продуктов встроенного гена, но и на носитель вектора.

Примером рекомбинантной вакцины, состоящей из готового антигена, является вакцина против гепатита В, а примером век­торных вакцин, антигены которых образуются in vivo, является антирабическая вакцина. Она получена на основе осповакцины и нашла широкое применение в профилактике бешенства среди ди­ких животных с помощью приманки, содержащей эту вакцину.

Для создания векторных живых вирусных вакцин используют аттенуированный ДНК-содержащий вирус, в геном которого встра­ивается необходимый предварительно клонированный ген. Вирус, носитель вектора, активно размножается, а продукт встроенного гена обеспечивает формирование иммунитета.

Вектор может со­держать несколько встроенных генов, отвечающих за экспрессию соответствующих чужеродных антигенов. Экспериментальные век­торные вакцины на основе вируса осповакцины получены к вет­ряной оспе, гриппу А, гепатитам А и В, малярии, простому герпе­су.

К сожалению, вакцины испытаны преимущественно на живот­ных, которые устойчивы к большинству из этих инфекций.

Рекомбинантный продукт не всегда имеет ту же структуру, что и естественный антиген. Иммуногенность такого продукта может быть сниженной.

Естественные вирусные антигены в клетках эука- риотов подвергаются гликозилированию, что повышает иммуно­генность таких антигенов.

В бактериях гликозилирование отсут­ствует или оно происходит не так, как в клетках высших эукарио- тов. У низших эукариотов (грибов) посттрансляционные процессы занимают среднее положение.

Разработчик генно-инженерной вакцины должен представить данные о стабильности системы экспрессии антигена во время хра­нения рабочего банка клеток.

При наличии изменений в посевной культуре, которые могут сопровождаться перестройкой, делецией или вставками нуклеотидов, необходимо определить нуклеогидную последовательность, исследовать пептидные карты и последователь­ность концевых аминокислот генно-инженерного продукта.

Исполь­зование рестриктазного картирования в сочетании с изучением мар­керов, кодируемых вектором (чувствительность к антибиотикам и др.), может указать на появление изменений в структуре вектора.

Принципы создания бактериальных рекомбинантных вакцин аналогичны. Важными этапами являются клонирование генов и получение мутантных генов, кодирующих иммуногенные, но не токсические формы антигена.

Клонированы гены для дифтерий­ного и столбнячного токсинов, токсина синегнойной палочки, сибиреязвенного, холерного, коклюшного, шигеллезного токси­нов.

Предпринимаются попытки получить рекомбинантные вак­цины против гонореи и менингококковой инфекции.

В качестве носителя бактериального вектора используется БЦЖ, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Salmonella tythimurium. Кишечная группа возбудителей перспективна для разработки энтеральных вакцин.

Живые рекомбинантные вакцины, введенные через рот, имеют короткий период жизни, но способны за этот период выз­вать стойкий иммунитет. Возможно создание многокомпонентных вакцин для одномоментной профилактики против нескольких ди- арейных инфекций.

Бактериальные векторные вакцины, в отли­чие от вирусных, можно контролировать с помощью антибиоти­ков. Прошли экспериментальную проверку оральные вакцины против гепатита В и малярии.

В перспективе предполагается использовать векторы, в кото­рые встроены не только гены, контролирующие синтез протекгив- ных антигенов, но и гены, кодирующие различные медиаторы иммунного ответа. Получены рекомбинантные штаммы БЦЖ, ко­торые секретируют ИФ-у, ИЛ, Г-КСФ.

Предварительные исследо­вания свидетельствуют о высокой эффективности штаммов в от­ношении туберкулеза и рака мочевого пузыря.

Получать эффек­тивную векторную вакцину на основе бактерий достаточно трудно из-за нестабильности транфекции генного материала, токсичнос­ти чужеродного антигена для бактерий, малого количества эксп- рессированного антигена.

Источник: http://microbiology.com.ua/genno-inzhenernye-vakciny/

Ссылка на основную публикацию