6.6. Вакцины

Вирусы — облигатные (безусловные) внутриклеточные паразиты, чья репликация полностью зависит от процессов синтеза ДНК, РНК и белков в клетке хозяина. Репликация вирусов включает несколько этапов:

адсорбция и проникновение в клетку;

синтез ранних, неструктурных белков, например, полимераз,

нуклеиновых кислот; - синтез РНК или ДНК;

синтез конечных структурных белков;

сборка (созревание) вирусных частиц и их выход из клетки. При многих вирусных инфекциях репликация вируса достигает максимума во время появления первых клинических признаков заболе­вания или даже ранее. Формированию у реципиента иммунитета к пато­генным микроорганизмам способствует вакцинация. Антитела, выраба­тываемые в ответ на введение вакцины в организм, запускают иммун­ный ответ - вырабатываются антитела, которые при последующей ин­фекции блокируют пролиферацию патогенного микроорганизма и не позволяют развиться заболеванию.

Эффект вакцинации был открыт более 200 лет назад (1796 г.) вра­чом Эдвардом Дженнером, доказавшим, что человек, перенесший коро­вью оспу, не очень тяжелую болезнь крупного рогатого скота, стано­вится невосприимчив к оспе натуральной. Натуральная оспа - высоко-контагиозное (заразное) заболевание, с высокой смертностью; даже, если больной не погибает, у него нередко возникают различные уродст­ва, психические расстройства, слепота. Э. Дженнер публично провел прививку коровьей оспы 8-летнему мальчику Джеймсу Фиппсу, исполь­зовав для этого экссудат из пустулы больной коровьей оспой, а затем, через определенное время, дважды инфицировал ребенка гноем из пус­тулы больного натуральной оспой. Все проявления заболевания ограни- • чились покраснением в месте прививки, исчезнувшим через несколько дней.

Начиная с первой вакцины, созданной Э. Дженнером, большинство человеческих противовирусных вакцин созданы на основе убитых (инактивированных) патогенных микроорганизмов или живых, но не вирулентных (аттенуированных) штаммов. Этот подход достаточно эф­фективен и предотвращает распространение многих вирусных инфек­ций, однако его применение ограничено рядом причин:

невозможностью культивирования всех патогенных микроорга­низмов;

потенциальной опасностью в работе с патогенными микроорга­низмами и вирусами;

возможностью ревертировать (возвращаться к исходному виру­лентному штамму) аттенуированных штаммов (инактивация часто бывает неполной);

высокой стоимостью производства традиционных вакцин (титр вирусов животных и человека в культуре и скорость их размно­жения, как правило, невысоки).

Технология рекомбинантных ДНК позволяет создавать новое поко­ление вакцин более безопасных и эффективных, менее дорогих, не имеющих ограничений в применении. При этом используют разные подходы:

1.Патогенный микроорганизм модифицируют, делегируя (убирая) гены, ответственные за вирулентность, при этом сохраняется способность штамма вызывать иммунный ответ. Получаются жи­вые вакцины, содержащие непатогенные микроорганизмы, кото­рые не могут ревертировать и становиться патогенными.

2. Гены или их сегменты, кодирующие основные антигенные де­терминанты (белки) патогенных микроорганизмов, экспрессиру-ют в альтернативном хозяине, например Е. coli, получают нуж­ный продукт в большом количестве и используют его как вакци­ну. Такие вакцины, содержащие лишь отдельные компоненты патогенного микроорганизма, называют субъединичными вакцина­ми. Достоинства субъединичных вакцин 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 могут быть причиной нежелательных побочных эффектов в организме-хозяине. Недостатки субъединичных вакцин — очистка специ­фического белка высока по стоимости; его конформация после выделения может отличаться от той, которую он имеет in situ (т.е. в составе вирусного капсида или оболочки), что может повлечь изменение его антигенных свойств.

3. Клонированные гены, кодирующие основные антигенные детер­минанты патогенного организма, встраивают в геном непатоген­ного носителя (обычно вируса) и получают живую безопасную, не содержащую болезнетворных микроорганизмов вакцину. Жи­вые вакцины, как правило, более эффективны, чем неживые или субъединичные.

Одним из новых направлений создания рекомбинантных вакцин яв­ляется разработка ДНК-вакцин (так называемых генных, полинуклео-тидных вакцин, вакцин из нуклеиновых кислот). Принцип применения ДНК-вакцин заключается в том, что в организм пациента вводят моле­кулу ДНК, содержащую гены, кодирующие иммуногенные белки пато­генного организма и генетические элементы, которые необходимы для экспрессии этого гена в клетках эукариотов (человека). В качестве про­дуцентов таких генов используют бактериальные клетки, содержащие рекомбинантные плазмиды с соотвествующими генами. После получе­ния достаточной биомассы (количества копий) плазмидную ДНК выде­ляют из бактерий, очищают от других молекул ДНК и примесей. Полу­ченную ДНК-вакцину вводят парентерально, при этом большая ее часть поступает в межклеточное пространство, после чего включается в клетки.

Противогерпетические вакцины. Вирус простого герпеса (HSV. Herpes simplex virus) вызывает инфекционное заболевание генерализо­ванного или местного характера (характеризуется преимущественно поражением кожи, слизистых оболочек, нервной системы и хрониче­ским рецидивирующим течением, урогенитальными инфекциями, тяже­лым поражением глаз, энцефалитом и т.д.). Кроме того, он является онкогенным, поэтому вакцинация убитым или аттенуированным вирусом сопряжена с определенным риском развития рака. Для защиты от HSV-инфекции используют неонкогенную субъединенную вакцину.

Для создания любой субъединенной вакцины прежде всего иденти­фицируют те компоненты патогенного микроорганизма, которые инду­цируют выработку антител. В случае HSV-типа таким компонентом является гликопротеин Д-оболочки (gД\). В ответ на введение этого гли-копротеина мышам у них вырабатываются антитела, нейтрализующие интактный HSV. Ген gjД HSV-1 был изолирован, клонирован в одном из экспрессирующих векторов в клетках млекопитающих и введен в яйце­клетки китайского хомячка (СНО), в которых, в отличие от Е. coli, про­исходит гликолизирование чужеродных белков. Полноразмерный ген gД кодирует белок, в норме связывающийся с мембраной клетки мле­копитающего. Затем модифицированным геном трансформировали СНО-клетки, которые гликозилировали белковый продукт и секретиро-вали его во внешнюю среду, так как он не мог встраиваться в клеточ­ную мембрану. Антитела, вырабатываемые в ответ на введение моди­фицированного белка gД, эффективны в отношении вируса простого герпеса.

Противосальмонеллезные вакцины. Разные штаммы Salmonella вызывают острые кишечные инфекции, постнатальную (послеродовую) инфекцию, брюшной тиф, пищевую токсикоинфекцию. Для профилак­тики всех этих заболеваний у овец, КРС, цыплят и человека эффектив­ные пероральные вакцины созданы методом двойной делеции.

Такой способ получения непатогенных штаммов, пригодных для создания на их основе живых вакцин, состоит в удалении из генома па­тогенных бактерий хромосомных областей, отвечающих за независи­мые жизненноважные функции. Лучше делетировать по крайней мере две такие области, так как вероятность их одновременного восстанов­ления очень мала. Штамм с двойной делецией обладает ограниченной пролиферативной способностью и сниженной патогенностью, но обес­печивает выработку иммунного ответа. Штаммы Salmonella с двойной делецией вызывают легкую форму инфекции и обладают в 100 тыс. раз меньшей вирулентностью.

6.7. Цитокины

Цитокины - большая гетерогенная группа белков с различными функциями, синтезируемая лимфоретикулярными клетками. Цитокины участвуют во многих видах взаимодействий, обеспечивающих функционирование иммунной системы и контроль гемопоэза. Первая группа цитокинов была представлена интерферонами (ИФН), часть цитокй-нов была классифицирована как интерлейкины (ИЛ), пронумерованные в порядке их обнаружения.

ИФН - это группа эндогенных гликопротеидов с м.м. около 3000, которые оказывают неспецифическое противовирусное действие, влияя на клеточные метаболические процессы синтеза РНК и белка. Первона­чально было установлено, что ИФН вырабатывают клетки, инфициро­ванные вирусами (тип I); в дальнейшем - что ИФН вырабатывают так­же лимфоциты в ходе иммунной реакции (тип II).

Для получения больших количеств ИФН используют шестидневные однослойные культуры клеток куриного эмбриона или культивируемые лейкоциты крови человека, зараженные определенным видом вируса. Иными словами, для получения ИФН создают определенную систему вирус-клетка.

Из клетки человека изолирован ген, ответственный за биосинтез ИФН. Экзогенный человеческий ИФН получают, используя технологию рекомбинантных ДНК. Процедура выделения кДНК ИФН-ов состоит в следующем:

Из лейкоцитов человека выделяют мРНК, фракционируют,ее по размерам, проводят обратную транскрипцию, встраивают в сайт модифицированной плазмиды.

Полученным продуктом трансформируют Е. coli; образовавшиеся клоны подразделяют на группы, которые идентифицируют. - , Каждую группу клонов гибридизируют с ИФН - мРНК.

Из образовавшихся гибридов, содержащих кДНК и кРНК, выде­ляют мРНК, проводят ее трансляцию в системе синтеза белка. Определяют интерферонную противовирусную активность каж­дой смеси, полученной в результате трансляции. Группы, про­явившие интерферонную активность, содержат клон с кДНК, гибридизировавшийся с ИФН - мРНК; повторно идентифици­руют клон, содержащий полноразмерную ИФН - кДНК че­ловека.

ИФН проявляют некоторые виды активности как лимфокины и иммуномодуляторы. ИФН I типа, действующие преимущественно как ин­гибиторы репликации вирусов в клетке, реализуют свой эффект, стиму­лируя выработку рибосомами клеток хозяина клеточных ферментов, которые тормозят продукцию вирусов, нарушая трансляцию вирусной мРНК и синтез вирусных белков.

ИФН вырабатывают большинство видов животных, но проявление их активности видоспецифично, т.е. они действуют только у того вида животных, в которых вырабатываются.

Описаны три основных человеческих ИФН:

ИФН-а, представляющий собой фибробластный ИФН типа I; ИФН-B - человеческий фибробластный ИФН типа I; ИФН-у - человеческий иммунный ИФН типа И. ИФН, вырабатываемые клетками любого типа, различают по хими­ческому строению и виду активности (табл. 2). ИФН являются одним из основных эндогенных факторов, препятствующих поражению организ­ма вирусной инфекцией.

ИФН вызывают индукцию трех ферментов:

протеинкиназы, нарушающей начальный этап построения пеп­тидной цепи;

олигоизоаденилат синтетазы, активирующей РНК-азу, которая разрушает вирусную РНК;

фосфодиэстеразы, разрушающей конечные нуклеотиды тРНК, что приводит к нарушению элонгации пептида. С учетом антивирусного и иммуномоделирующего эффектов ИФН в НПО «Биомед» предложены и успешно апробированы суппозитории с ИФНаn и пробиотиками при терапии дисбактериозов вирусной и бак­териальной этиологии, кандидозов; в гинекологической практике для лечения эндометритов, кольпитов, вагинитов и гинекологического гер­песа..

Побочные эффекты ИФН включают лихорадку, утомляемость, го­ловные боли, слабость, миалгии, анемии, желудочно-кишечные и сер-дечно-сосудичтые нарушения.

Развитие методов клонирования генов в значительной мере облег­чило продукцию высокоочищенных цитокинов всех типов и идентифи­кацию большинства интерлейкинов (ИЛ).

Специфический ген человеческого ИЛ с присоединенным к нему сегментом ДНК, кодирующим маркерный пептид (участок гибридной белковой молекулы, облегчающий идентификацию и очистку белка), переносят в микробные клетки-продуценты, где экспрессируется хи­мерный белок (продукт клонированного гена, защищенный одной или несколькими аминокислотами от расщепления протеиназами клетки-хозяина). Конструирование рекомбинантных молекул ИЛ осуществля­ется набором специфичных ферментов. Маркерный пептид, входящий в состав химернвго белка, очищают иммуноафинной хроматографией.

Главным из цитокинов являются ИФНу и ИЛ-2. ИФНу - ключевой медиатор активации системы естественной цитотоксичности, регулиру­ет процесс дифференцировки естественных киллерных клеток и их ци-тотоксическое взаимодействие с клетками-мишенями, стимулирует ци-тотоксические и регуляторные функции макрофагов, активирует цито-токсические лимфоциты. Под действием ИФНу повышается продукция цитокинов, таких, как ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-12, ИФНр, и фактора некроза опухолей-а. ИЛ реализуют эффект через рецепторы на поверхности со­ответствующих клеток-мишеней.

Многие ИЛ проходят стадию клинического изучения, другие — на­шли разнообразное применение в лечении инфекций, воспалительных, аутоиммунных и неопластических расстройств. Так, ИЛ-1 показан для лечения воспалений и септического шока, ИЛ-2 включен в схемы лече­ния имуногенных опухолей (меланомы, почечноклеточного рака, рака мочевого пузыря).

Тест-контроль к главе 6 Выберите правильные, ответы:

1.Антигенсвязывающая активность антитела определяется:

А - Fab-фрагментом (Fv-фрагментом);

Б — вариабельными концами Н- и L-цепей;

В - константной областью или доменом;

Г — всей молекулой нативного антитела;

Д - количеством дисульфидных мостиков между L- и Н-цепями.

2. Присоединение молекулы ЛВ к моноклональным антителам или их Fv-фрагментам используют для:

А - повышения стабильности ЛВ;

Б - целенаправленной доставки ЛВ к месту его действия;

В - расширения фармакологического спектра действия ЛВ;

Г - снижения стоимости лекарственного препарата;

Д - получения пролекарства.

3. Механизм получения пролекарства на основе моноклональных антител заключается в:

А — использовании лекарства в неактивной форме;

Б — использовании лекарства в активной форме;

В - связывании лекарства с ферментом;

Г - заключении антитела в липосомы;

Д - связывании фермента с моноклональным антителом.

4.Активация лекарственного средства у клетки-мишени происходит За счет:

А - введения активаторов связывания;

Б - локального повышения температуры вблизи клетки-мишени;

В - связывания фермента с моноклональным антителом;

Г - антигенной специфичности моноклонального антитела;

Д - связывания лекарственного вещества с ферментом.

5.Источником препарата урокиназы является:

А — изолированные каллусные культуры;

Б - культуры клеток эмбриона почки человека;

В - донорская кровь;

Г - клонированная Е. coli;

Д - связывания лекарственного вещества с ферментом.

5. Стрептокиназа:

А - производится из донорской крови;

Б - производится из р-гемолитического стрептококка группы С;

В - является прямым тромболитиком;

Г - является непрямым тромболитиком;

Д - проникает внутрь тромба;

Е — не проникает внутрь тромба.

6. Отличия фармакотерапевтических свойств урокиназы от стрепто-киназы заключаются в том, что:

А - более медленно наступает фибиринолитический эффект;

Б - более быстро наступает фибиринолитический эффект;

В - не обладает выраженными антигенными свойствами;

Г - обладает выраженными антигенными свойствами;

Д - активирует эндо- и экзотромболиз.

7. Рекомбинантный гибрид белка С - это:

А - антикоагулянт;

Б - витамин-К-зависимый ингибитор свертывающей системы;

В - провитамин аскорбиновой кислоты;

Г — фибринолитик;

Д — белок крови человека.

8.Промышленным источником получения аминокислот являются:

А - низкомолекулярные азотистые соединения;

Б - продукты метаболизма неспорообразующих грамположитель-

ных почвенных бактерий;

В - гидролизат белка;

Г - торф;

Д - белок крови человека.

9. Промышленный синтез аскорбиновой кислоты осуществляется:

А - химическим синтезом;

Б - продуктами метаболизма неспорообразующих грамположитель-

ных почвенных бактерий;

В - гидролизатом белка;

Г - торфом;

Д - белком крови человека.

10. Биотехнологический процесс получения аскорбиновой кислоты включает:

А - культивирование трансформированных клеток Erwinica herbi-cola;

Б - микробиологическое расщепление целлюлозы;

В - совместное культивирование микроорганизмов Corynebacterium и Erwinica herbicola;

Г - последовательное культивирование микроорганизмов Coryne­bacterium и Erwinica herbicola;

Д - культивирование штамма Streptococcus equisimilis.

11.Производство инсулина, идентичного человеческому, осуществ­ляется:

А - высокоэффективной очисткой инсулина животного происхож­дения;

Б - превращением свиного инсулина замещением аланина на трео­нин;

В — химическим синтезом;

Г - генно-инженерным методом;

Д - любым из перечисленных методов.

12. Процесс получения генно-инженерного инсулина включает:

А - выращивание биомассы рекомбинантного штамма Е. coli;

Б - выделение препроинсулина из культуральной массы;

В - отщепление лидирующего полипептида;

Г — восстановительное замыканием трёх дисульфидных связей и

ферментативное вычленение связывающего С-пептида;

Д - хроматографическую очистку инсулина.

13.Гетерогенность человеческих генно-инженерных препаратов ин­сулина связана с:

А — недостаточной степенью очистки;

Б - различием аминокислотного состава полипептида;

В - нестабильностью штамма-продуцента;

Г - наличием постороннего генетического материала в препарате;

Д - неиндентичностью экспрессируемого гена.

14. Отличия препарата генно-инженерного соматотропина от гор­мона, выделяемого из гипофиза, заключаются в:

А — разной степени чистоты;

Б — разном аминокислотном составе;

В — отсутствии нейротоксичных вирусов;

Г - более выраженной токсичности;

Д - более на единицу массы сырья высоком выходе.

15. Промышленным источником препаратов эритропоэтина явля­ются:

А — моча больных анемией;

Б - донорская кровь животных, больных анемией;

В - культура клеток млекопитающих;

Г - культура растительных клеток;

Д - почки животных.

16. Применение человеческих противовирусных вакцин ограничено:

А — невозможностью культивирования всех патогенных микро­организмов;

Б - потенциальной опасностью в работе с патогенными микро­организмами и вирусами;

В — возможностью ревертировать (возвращаться к исходному вирулентному штамму) аттенуированных штаммов;

Г - высокой стоимостью производства традиционных вакцин;

Д - отсутствием реактивности иммунной системы на некоторые вирусы.

17. Субъединичные вакцины - это:

А - вакцины против одного возбудителя;

Б - антигенные детерминанты (белки);

В - генетически модифицированный патогенный микроорга­низм;

Г - непатогенные микроорганизмы с клонированным геном, ко­дирующим антигенные детерминанты патогенного организма;

Д - ДНК-вакцины.

18. Недостатки субъединичных вакцин:

А - низкая эффективность;

Б - высокая стоимость;

В - риск изменения конформации белка (антигенных свойств);

Г — способность проявлять вирулентность;

Д - более выраженные побочные реакции в сравнении с класси­ческими вакцинами.

19. Пероральные вакцины, созданные методом двойной делеции, это:

А - мертвые вакцины, прошедшие двойную стерилизацию;

Б - живые вакцины на основе патогенных бактерий с удален­ными из генома областями, отвечающими за независимые жиз­ненно важные функции;

В - живые вакцины на основе патогенных бактерий с удален­ными из генома областями, отвечающими за вирулентность;

Г - вакцины с ограниченной пролиферативной способностью и сниженной патогенностью;

Д - вакцины против двух возбудителей (видов инфекций).

20.Большие количества ИФН получают из:

А — шестидневных однослойных культур клеток куриного эм­бриона;

Б - культивируемых лейкоцитов крови человека, зараженных определенным видом вируса;

В — культивируемых лимфоцитов крови человека, зараженных определенным видом вируса;

Г - культивируемых фибробластов крови человека, зараженных определенным видом вируса;

Д - генно-инженерным путем.