Генная инженерия
инфекционными. Например, гастриты, пептическая язва желудка и
двенадцатиперстной кишки, ассоциированная с H. pylori, злокачественные
новообразования печени (вирусы гепатита В и С).
Поэтому в последние 10–15 лет правительства многих стран стали
принимать меры, направленные на интенсивную разработку и производство
принципиально новых вакцин. Например, в США в 1986 г. был принят закон
(«National Vaccine Injury Compensation Act»), защищающий производителей
вакцин от юридической ответственности при подаче судебных исков, связанных
с развитием побочных реакций при вакцинации, если они не были обусловлены
ошибками при производстве вакцины. С изменением ситуации увеличился и
мировой рынок вакцин, объем продаж которого в 1998 г. составил 4 млрд
долларов США в стоимостном выражении. Однако многие считают, что в
ближайшие годы этот сектор фармацевтической промышленности будет
развиваться гораздо быстрее. Так, согласно публикациям в американском
журнале «Signals Magazine» (январь 1999 г.), который освещает ситуацию в
современной биотехнологической промышленности, объем продаж вакцин на
мировом рынке через 10 лет составит 20 млрд долларов США. Этот прогноз
принадлежит М. Греко, исполнительному директору компании «Merieux MSD»,
совместного предприятия крупнейших производителей вакцин — компаний
«Pasteur Merieux Connaught» (теперь «Aventis Pasteur») и «Merck & Co.».
3.2.2.Разработка ДНК-вакцин
Используемые сегодня вакцины можно разделить в зависимости от методов
их получения на следующие типы:
• живые аттенуированные вакцины;
• инактивированные вакцины;
• вакцины, содержащие очищенные компоненты микроорганизмов (протеины или
полисахариды);
• рекомбинантные вакцины, содержащие компоненты микроорганизмов, полученные
методом генной инженерии.
Технологию рекомбинантной ДНК применяют также для создания живых
ослабленных вакцин нового типа, достигая аттенуации путем направленных
мутаций генов, кодирующих вирулентные протеины возбудителя заболевания. Эту
же технологию используют и для получения живых рекомбинантных вакцин,
встраивая гены, кодирующие иммуногенные протеины, в живые непатогенные
вирусы или бактерии (векторы), которые и вводят человеку.
|[pic] |
|Рис. 5. Одноразовый генный пистолет компании |
|«Powderject» |
|а — внешний вид; б — в разрезе |
| |
В 1990 г. в некоторых исследовательских лабораториях приступили к
разработке новых вакцин, которые основаны на введении «голой» молекулы ДНК.
Уже в 1992–1993 гг. несколько независимых групп исследователей в результате
эксперимента доказали, что введение чужеродной ДНК в организм животного
способствует формированию иммунитета.
Принцип применения ДНК-вакцин заключается в том, что в организм
пациента вводят молекулу ДНК, содержащую гены, кодирующие иммуногенные
белки патогенного микроорганизма. ДНК-вакцины называют еще генными,
генетическими, полинуклеотидными вакцинами, вакцинами из нуклеиновых
кислот. На совещании специалистов по генным вакцинам, проведенном в 1994 г.
под эгидой ВОЗ, было решено отдать предпочтение термину «вакцины из
нуклеиновых кислот» с их подразделением соответственно на ДНК- и РНК-
вакцины. Такое решение основывалось на том, что употребление термина «ДНК-
вакцина» не сформирует ошибочное мнение о том, что новые вакцины вносят
изменения в генетические структуры организма вакцинируемого человека. Тем
не менее, многие специалисты считают более точным термин «генные вакцины»
(поскольку иммунная реакция направлена не против ДНК, а против антигенного
белка, кодируемого геном), который также часто применяют.
Для получения ДНК-вакцин ген, кодирующий продукцию иммуногенного
протеина какого-либо микроорганизма, встраивают в бактериальную плазмиду.
Плазмида представляет собой небольшую стабильную молекулу кольцевой
двухцепочечной ДНК, которая способна к репликации (воспроизведению) в
бактериальной клетке. Кроме гена, кодирующего вакцинирующий протеин, в
плазмиду встраивают генетические элементы, которые необходимы для
экспрессии («включения») этого гена в клетках эукариотов, в том числе
человека, для обеспечения синтеза белка. Такую плазмиду вводят в культуру
бактериальных клеток, чтобы получить большое количество копий. Затем
плазмидную ДНК выделяют из бактерий, очищают от других молекул ДНК и
примесей. Очищенная молекула ДНК и служит вакциной. Введение ДНК-вакцины
обеспечивает синтез чужеродных протеинов клетками вакцинируемого организма,
что приводит к последующей выработке иммунитета против соответствующего
возбудителя. При этом плазмиды, содержащие соответствующий ген, не
встраиваются в ДНК хромосом человека.
ДНК-вакцины можно вводить в солевом растворе обычным парентеральным
способом (внутримышечно, внутрикожно). При этом бoльшая часть ДНК поступает
в межклеточное пространство и только после этого включается в клетки.
Применяют и другой метод введения, используя так называемый генный пистолет
(рис. 5, 6). Для этого ДНК фиксируют на микроскопических золотых гранулах
(около 1–2 мкм), затем с помощью устройства, приводимого в действие сжатым
гелием, гранулы «выстреливают» непосредственно внутрь клеток. Следует
отметить, что аналогичный принцип введения лекарства с помощью струи
сжатого гелия используют и для разработки новых способов доставки
лекарственных средств (с этой целью оптимизируют размеры частиц
лекарственного вещества и их плотность для достижения необходимой глубины
проникновения в соответствующую ткань организма). Этот метод требует очень
небольшого количества ДНК для иммунизации. Если при иммунизации
классическими субъединичными вакцинами вводят микрограммы протеина, то при
использовании ДНК-вакцины — нанограммы и даже меньше. Говоря о минимальном
количестве ДНК, достаточном для индукции иммунного ответа, С.А. Джонстон,
директор Центра биомедицинских изобретений Техасского университета, в
журнале «The Scientist» (1998) отмечает, что с помощью генного пистолета
можно однократно ввести мыши «фактически 27 тыс. различных плазмид и
получить иммунный ответ на индивидуальную плазмиду».
|[pic] |
|Рис. 6. Многоразовый генный пистолет компании |
|«Powderject» |
|а — сменный картридж; б — прибор в полной сборке |
| |
Последующие эксперименты подтвердили способность ДНК-вакцин формировать
иммунитет в отношении разнообразных возбудителей.
Потенциальные преимущества ДНК-вакцин
ДНК-вакцины обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными
вакцинами.
3.2.3. Повышение эффективности и безопасности иммунизации
1. Способствуют выработке антител к нативной молекуле вирусных
протеинов.
Если в качестве вакцины использовать иммуногенные протеины, то в
процессе их производственного получения и очистки могут произойти изменения
трехмерной конфигурации этих молекул. Поэтому иммунизация может быть
низкоэффективной в связи с образованием антител, специфичных к измененным
иммуногенным молекулам, но не к нативным вирусным протеинам. Введение ДНК-
вакцин, как правило (см. «возможные ограничения в применении ДНК-вакцин»),
приводит к синтезу клетками вирусных антигенов в их нативной форме.
2. Способствуют выработке цитотоксических Т-лимфоцитов.
Инактивированные или субъединичные вакцины в основном индуцируют
гуморальный иммунный ответ. Это обусловлено тем, что характер механизмов
представления и распознавания антигенов клетками иммунной системы зависит
от того, синтезируется ли антиген в клетке или поступает в нее извне. А от
этого в свою очередь зависит характер активации и взаимодействия клеток,
участвующих в иммунном ответе. Поскольку ДНК-вакцины обеспечивают синтез
иммунногенных белков клетками самого организма, они способствуют
формированию как гуморального, так и клеточного иммунитета. Активация
цитотоксических Т-клеток без введения живого патогена является важнейшей
отличительной чертой ДНК-вакцин.
3. Могут избирательно воздействовать на различные субпопуляции Т-
лимфоцитов.
В принципе возможна разработка ДНК-вакцин, которые избирательно
активируют разные типы хелперных Т-лимфоцитов. Благодаря этому могут быть
созданы генные вакцины для лечения лиц с аутоиммунными или аллергическими
заболеваниями, патогенез которых связан с нарушением различных звеньев
иммунной регуляции.
4. Способствуют формированию длительного иммунитета.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
