Вакцини нового покоління, методи генної інженерії для їх створення.

Вакцини нового покоління. Як правило, сучасні вакцини створюють на підставі вбитих (інактивованих) патогенних мікроорганізмів або живих, але невірулентних (не здатних руйнувати клітини організмів) штамів. Незважаючи на те, що в наш час досягли значних успіхів в створенні вакцин проти багатьох захворювань, виробництво вакцин зустрічається з певними обмеженнями.

В останнє десятиріччя, з розвитком технології рекомбінантних ДНК, з’явилася можливість створення нового покоління вакцин, які позбавлені недоліків традиційних вакцин. Для їх розробки використовують наступні методи генної інженерії.

1.    Модифікація патогенного мікроорганізму за рахунок делеції (вилучення) з геному ділянки гену, що відповідає за вірулентність. Такий вірус можна використовувати в якості живої вакцини, оскільки вирощування в культурі виключає імовірність спонтанного відновлення цілого гену.

2.    Створення живої непатогенної системи, що містить окремі антигенні детермінанти неспорідненого патогенного організму. Така система здатна викликати імунну відповідь на патогенний мікроорганізм.

3.    Створення субодиничних вакцин, які використовують в тому випадку, коли патогенний мікроорганізм не здатний рости у культурі. Тоді ділянки генів цього мікроорганізму, що відповідають за синтез білків антигенних детермінант, вилучають, клонують і здійснюють їх експресію (процес реалізації генетичної інформації) у клітинах господарях, наприклад, в Е.соІі.

4.    Створення системи специфічного руйнування клітин-мішеней. Деякі патогенні мікроорганізми діють не безпосередньо на організм, а на окремі його клітини, які після інфікування починають виробляти речовини, що небезпечні для організму. Для таких захворювань можна сконструювати ген, який відповідає за синтез химерного білку, одна частина якого зв’язується з інфікованою клітиною, а друга – руйнує її. Ця система не є дійсною вакциною, хоча вона і діє лише на інфіковані клітини.   

Як правило, вакцини містять непошкоджені патогенні мікроорганізми, але вони повинні бути неживі або атенуйовані (ослаблені, що містять ділянку гену між промотором і першим структурним геном, яка при певних умовах припиняє процес реалізації інформації). Антитіла, що вироблюються у відповідь на їх введення, зв’язуються з поверхневими білками патогенного організму і запускають імунну відповідь. Однак, що стосується вірусів, було показано, що для здійснення синтезу антитіл в організмі-господарі достатньо очищених поверхневих білків вірусу (білків капсіда або зовнішньої оболонки). Вакцини, що містять лише окремі компоненти патогенного організму, мають назву “субодиничні” і створюються за допомогою технології рекомбінантних ДНК.

Переваги їх полягають в тому, що такі вакцини стабільні, безпечні, їх хімічні властивості відомі, в них відсутні додаткові білки і нуклеїнові кислоти, які можуть викликати непотрібні побічні ефекти в організмі-господарі. Недоліками є те, що очищення таких вакцин досить коштовне, а будова білку (антигенної детермінанти) може відрізнятися від цього білку у складі вірусного капсіду або оболонки, що може викликати зміну його антигенних властивостей.  

Живі вакцини, шляхи їх створення, використання вірусу вісповакцини (ВВВ).

Живі вакцини, як правило більш ефективні, ніж неживі або субодиничні. Основна вимога до них – це відсутність у інокуляті (розчині для ін’єкцій) вірулентних мікроорганізмів. Існує декілька способів отримання непатогенних штамів.

Перший шлях полягає в тому, що з геному бактерії вилучається певна ділянка гену, яка відповідає за синтез речовини, що викликає патогенний ефект. Такою речовиною у збуднику холери є ентеротоксин. Це білок, ген якого складається з декількох ділянок – доменів. Один з них, домен А1 – відповідає за токсичну активність. Штам протихолерної вакцини позбавлений цього домену, не синтезує активний ентеротоксин і при цьому зберігає усі інші біохімічні властивості. Вакцина забезпечує майже 90% захист від холери.  

Другий спосіб отримання непатогенних штамів пов’язаний з відділенням з геному бактерій хромосомних областей, які відповідають за незалежні життєво важливі функції. В цьому випадку кращою є делеція, як найменш, двох таких ділянок, оскільки імовірність їх одночасного відновлення дуже незначна.

Ще одним напрямом створення живих вакцин є використання вірусу коров’ячої віспи, або вірусу вісповакцини (ВВВ). Геном вірусу повністю секвенірований (визначена нуклеотидна послідовність). ДНК ВВВ реплікується у цитоплазмі інфікованих клітин, завдяки наявності у вірусі генів ДНК-полімерази, РНК-полімерази і ферментів що забезпечують синтез мРНК. Тому, як що у геном ВВВ вбудувати чужорідний ген таким чином, щоб він знаходився під контролем ВВВ-промотора, то буде відбуватися його експресія незалежно від регуляторних і ферментних систем господаря. Оскільки геном ВВВ має досить великий розмір в одну ДНК можна вбудовувати декілька чужорідних генів, однак кожен під контролем окремого ВВВ-промотору, для запобігання рекомбінації між різними ділянками вірусної ДНК. ВВВ використовується для створення, так званих, векторних вакцин, за допомогою яких відбувається доставка і експресія в організмі-господарі генів, що відповідають за вироблення антигенних білків і, як наслідок, синтез захисних антитіл організмом тварини. Перевагами ВВВ є те, що він: 1) має широкий спектр господарів; 2) зберігає життєздатність протягом багатьох років; 3) не володіє онкогенною дією; 4) здатний реплікуватися в клітині-господарі і збільшувати кількість антигену, який активує утворення антитіл і стимулює імунну відповідь організму; 5) здатний вміщувати декілька генів антигенних білків і при цьому його власна вірулентність зменшується ще більш.

Недоліком живої вакцини є те, що при вакцинації особин із зниженим імунітетом в них може розвитися важка вірусна інфекція. Для вирішення цієї проблеми користуються двома способами:

-      вбудовують у геном ВВВ ген, що кодує речовину інтерлейкін-2 людини, яка стимулює клітинний імунітет і обмежує проліферацію (ріст і розвиток) вірусу;

-      інактивують вірус після вакцинації за рахунок створення ВВВ чутливого до інтерферону. При виникненні небажаних побічних ефектів після вакцинації, в організм тварини вводять інтерферон, що одразу пригнічує проліферацію вірусу.