Макаревич Е

6.4. Получение и использование вакцин

Вакцины (vaccines) – препараты, предназначенные для создания активного иммунитета в организме привитых людей или животных. Основным действующим началом каждой вакцины является иммуноген, т. е. корпускулярная или растворенная субстанция, несущая на себе химические структуры, аналогичные компонентам возбудителя заболевания.

Чтобы спровоцировать иммунный ответ, вакцинные антигены должны обладать иммуногенностью. Иммуногенность – это способность антигена инициировать иммунную систему к формированию эффекторов, нейтрализующих антигенную чужеродность. Существует зависимость между размерами антигена и силой иммунного ответа. Все корпускулярные антигены (бактерии, гетерологичные эритроциты) хорошие иммуногены. Для белковых антигенов иммунный ответ будет тем сильнее, чем больше его молекулярный вес. При всех прочих равных условиях больший молекулярный вес антигена обеспечивает большую иммуногенность. Так вирус табачной мозаики – сильный иммуноген, а рибонуклеаза – слабый. Чужеродность возникает и при изменении конформации собственных белков (например, при их тепловой или химической денатурации), что приводит к реакции организма на эти белки синтезом антител.

Механизмы приобретенного иммунитета. Вакцинация основана на способности организма формировать приобретенный иммунитет и иммунологическую память в отношении возбудителя. Основными характеристиками специфического (приобретенного, адаптационного) иммунитета являются:

иммунологическая специфичность: один антиген – одно антитело, один клон. Специфичность ответа B-лимфоцитов реализуется через синтез антител, молекулы которых способны специфически распознавать определенные антигены, и формирование клонов лимфоцитов, способных взаимодействовать только с одной из множества антигенных детерминант, чужеродных для данного организма. T-лимфоциты участвуют в регуляции дифференцировки B-лимфоцитов и образования антител, взаимодействуют с фагоцитами, помогая им в разрушении поглощенных ими микробных клеток, распознают и разрушают клетки, инфицированные вирусами;
индуцибельность. Контакт организма с антигеном провоцирует как усиленную продукцию соответствующих антител, так и нарастание и функциональное созревание специфического клона клеток;
иммунологическая память о первой встрече с антигеном. Иммунологическая память – это способность иммунной системы отвечать более быстро и эффективно на антиген, с которым у организма был предварительный контакт.

Во всех реакциях приобретенного иммунитета ведущая роль принадлежит лимфоцитам. В первой фазе иммунного ответа происходит их активация, во второй – клональная пролиферация и в заключительной –превращение значительной части лимфоцитов в эффекторные клетки, а оставшейся части – в клетки памяти, обеспечивающие вторичный ответ. Клеткам памяти требуется меньшее время для преобразования в эффекторы, и это укорачивает интервал, необходимый для возникновения вторичного ответа.

Компоненты вакцин. Основу каждой вакцины составляют протективные антигены, представляющие собой лишь небольшую часть бактериальной клетки или вируса и обеспечивающие развитие специфического иммунного ответа. Протективные антигены могут являться белками, гликопротеидами, липополисахаридобелковыми комплексами. Они могут быть связаны с микробными клетками (коклюш, стрептококк и др.), секретироваться ими (бактериальные токсины), а у вирусов располагаются преимущественно в поверхностных слоях суперкапсида вириона.

Вакцина может стимулировать выработку антител либо против одного вакцинного штамма, либо против многих серотипов возбудителя (если в ее состав входят антигены всех этих серотипов или они имеют общий протективный антиген).

В состав вакцины, кроме основного действующего компонента, входят и другие:

сорбенты;
консерванты входят в состав вакцин, производимых во всем мире. Их назначение состоит в обеспечении стерильности препаратов в тех случаях, когда возникают условия для бактериальной контаминации (появление микротрещин при транспортировке, хранение вскрытой первичной многодозной упаковки);
адъюванты – усилители иммуногенности вакцин, например, соли алюминия, белки, аминокислоты. Механизм усиления иммунного ответа под действием адъювантов полностью не изучен. Известно лишь, что определенную роль в нем играют привлечение макрофагов к месту введения антигена идепонирование антигена. Адъюванты используют при изготовлении анатоксинов, субъединичных и рекомбинантных вакцин.
неспецифические примеси (белки субстрата культивирования вирусных вакцин, следовое количество антибиотиков и белка сыворотки животных, используемых в ряде случаев при культивировании клеточных культур).

Классификация вакцин. Для активной иммунизации применяют следующие типы вакцин:

1. Аттенуированные – вакцины содержащие живых ослабленных возбудителей (например, противокоревая).

2. Инактивированные вакцины, содержащие инактивированных возбудителей (например, противочумная), их обезвреженные токсины (например, столбнячный анатоксин) или специфические антигены:

2.1.Цельномикробные или цельновирионные вакцины, содержащие целинных убитых возбудителей (например, противочумная).

2.2. Субъединичны вакцины, содержащие специфические антигены, например, продукты жизнедеятельности микроорганизма (столбнячный анатоксин), углеводные антигены – в виде очищенных капсульных полисахаридов (пневмококковая вакцина) или полисахаридов, конъюгированных с белковым носителем.

3.Генно-инженерные вакцины, полученные методами генной инженерии:

3.1.Рекомбинантные, содержащие продукты экспрессии отдельных генов микроорганизма, выработанные в специальных клеточных системах (вакцина против гепатита В ).

3.2.Химерные (векторные) вакцины, в которых ген, контролирующий синтез протективного белка, встроен в непатогенный микроорганизм в расчете на то, что синтез этого белка будет происходить в привитом макроорганизме (герпес, грипп).

3.3.Рибосомальные. Выделенные рибосомы с матрицей представляют собой вакцину.

4. Синтетические вакцины, где в качестве иммуногена используется химический аналог протективного белка, полученный методом прямого химического синтеза.

Аттенуированные вакцины содержат ослабленный живой микроорганизм. Примером могут служить вакцины против полиомиелита, кори, паротита, краснухи или туберкулеза. У аттенуированных вакцин патогенность исключается за счет глубоких и стабильных изменений в геноме микроорганизма, исключающих вероятность возвращения к вирулентному фенотипу, т.е. реверсии. Живые вакцины получают путем искусственного аттенуирования (ослабления штамма (например, многократные (200 – 300) пассажи на желчном бульоне) или отбирая естественные авирулентные штаммы. В настоящее время возможен путь создания живых вакцин путем генной инженерии на уровне хромосом с использованием рестриктаз.

Как правило, живые вакцины являются корпускулярными.

Эффективность живых вакцин определяется способностью аттенуированного микроорганизма размножаться в привитом макроорганизме, воспроизводя иммунологически активные компоненты непосредственно в его тканях.

Положительные стороны живых вакцин:

по механизму действия на организм напоминают «дикий» штамм, т.е. могут приживаться в организме и длительно сохранять иммунитет вытесняя «дикий» штамм;
используются небольшие дозы для вакцинации (обычно однократная) и поэтому вакцинацию легко проводить организационно.

Отрицательные стороны:

живая вакцина корпускулярная – содержит 99 % балласта и поэтому обычно достаточно реактогенная;
способна вызывать мутации клеток организма (хромосомные аберрации), что особенно опасно в отношении половых клеток;
живые вакцины содержат вирусы-загрязнители (контаминанты), особенно это опасно в отношении обезьяннего СПИДа и онковирусов;
возможность реверсии вирулентных форм, что может стать причиной заболевания вакцинируемого. Пациенты с иммунодефицитами (получающие иммуносупрессивную терапию, при СПИДе и опухолях) не должны получать такие вакцины;
трудно дозируются и поддаются биоконтролю, легко чувствительны к действию высоких температур и требуют неукоснительного соблюдения температурных режимов хранения.

Примером живых вакцин могут служить вакцины для профилактики краснухи (Рудивакс), кори (Рувакс), полиомиелита, туберкулеза, паротита. Живые вакцины выпускаются в лиофилизированном виде (кроме полиомиелитной).

Инактивированные (убитые) целльномикробные или цельновирусные вакцины получают путем химической, термальной или иной обработки микробной (вирусной) суспензии, однако иммунизирующая активность должна сохраняться.

Такие вакцины являются достаточно стабильными и безопасными, так как не могут вызвать реверсию вирулентности. Однако у этих вакцин имеется и ряд недостатков, в частности, они стимулируют более слабый иммунный ответ и требуют применения нескольких доз.

При использовании убитых вакцин иммунизирующий эффект зависит от количества иммуногена, вводимого в составе препарата, поэтому с целью создания более полноценных иммуногенных стимулов прибегают к концентрации и очистке микробных клеток или вирусных частиц. Иммунизирующую способность инактивированных и всех других нереплицирующихся вакцин удается повысить путем:

сорбции иммуногена на крупномолекулярных химически инертных полимерах;
добавления адъювантов, т. е. веществ, стимулирующих иммунные реакции организма;
заключения иммуногена в мельчайшие капсулы, которые медленно рассасываются, способствуя депонированию вакцины в месте введения и пролонгированию ее действия.

Инактивированные вакцины выпускают как в сухом (лиофилизированном), так и в жидком виде.

Субъединичны вакцины (субмикробные или субвирионные вакцины) содержат:

компоненты клеточной стенки или других частей возбудителя, как например в ацеллюлярной вакцине против коклюша, коньюгированной вакцине против гемофильной инфекции или в вакцине против менингококковой инфекции. Химические вакцины создаются из антигенных компонентов, извлеченных из микробной клетки. Выделяют антигены, обусловливающие иммуногенные характеристики микроорганизма. К таким вакцинам относятся: полисахаридные вакцины (Менинго А+С, Акт-ХИБ, Пневмо 23), целлюлярные коклюшные вакцины;
экзотоксины микроорганизмов, являющиеся основными патогенетическими факторами определенных заболеваний человека (например, дифтерия, столбник). Анатоксины, используемые в качестве вакцин, индуцируют специфический иммунный ответ. Для получения вакцин токсины чаще всего обезвреживают с помощью формалина.

Субмикробные или субвирионные вакцины чаще всего содержат несколько компонентов различных типов вакцины – ассоциированные вакцины.

Генно-инженерные вакцины это вакцины, полученные методами генной инженерии, и представляют собой искусственно созданные антигенные детерминанты микроорганизмов. В 80-е годы зародилось новое направление – это разработка биосинтетических вакцин.

Рекомбинантные вакцины – для производства этих вакцин генетический материал микроорганизма встраивают 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).

Векторные вакцины – вакцины, также полученные методами генной инженерии. 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.

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. Например, 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.

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.

Рибосомальные вакцины. Для получения такого вида вакцин используют рибосомы, имеющиеся в каждой клетке. Выделенные рибосомы с матрицей в чистом виде и представляют вакцину. Примером может служить бронхиальная и дизентерийная вакцины (например, ИРС-19, Рибомунил).

Синтетические вакцины представляют собой синтезированные пептидные фрагменты, которые соответствующие аминокислотной последовательности вирусного (бактериального) белка, которые распознаются иммунной системой и вызывают иммунный ответ.

Важными преимуществами синтетических вакцин по сравнению с традиционными являются:

они не содержат бактерий и вирусов, продуктов их жизнедеятельности;
вызывают иммунный ответ узкой специфичности;
исключаются трудности выращивания вирусов, хранения и возможности репликации в организме вакцинируемого в случае использования живых вакцин;
можно присоединять к носителю несколько разных пептидов, выбирать наиболее иммуногенные из них для коплексирования с носителем.

Вместе с тем, синтетические вакцины менее эффективны, по сравнению с традиционными, т.к. многие участки вирусов проявляют вариабельность в плане иммуногенности и дают меньшую иммуногенность, нежели нативный вирус. Однако, использование одного или двух иммуногенных белков вместо целого возбудителя обеспечивает формирование иммунитета при значительном снижении реактогенности вакцины и ее побочного действия.

Разработка и изготовление вакцин

Разработка любой вакцины включает четыре этапа:

идентификация протективного антигена в экспериментах на животных Иммуногенность и безопасность новой вакцины сначала оценивают на животных;

поиск формы введения антигена, которая наилучшим образом обеспечивает иммунный ответ. Каждый испытуемый должен дать письменное согласие на участие в эксперименте. Небольшому числу испытуемых вводят возрастающие дозы вакцины, чтобы определить оптимальную дозу и оценить иммуногенность и безопасность;
клинические испытания безопасности и иммуногенности вакцины на людях разного возраста. Проводят клинические испытания на большой группе добровольцев, которых подвергают воздействию патогенного микроорганизма;
оценка безопасности и эффективности применения вакцины в восприимчивой популяции. Проводят широкомасштабные испытания вакцины на людях (1000-10000 человек). Только после этого вакцина может претендовать на лицензию.

Однако, редкие поствакцинальные осложнения могут остаться невыявленными, поскольку испытания проводятся на сравнительно ограниченной группе людей. После внедрения вакцины в практику за ней продолжают наблюдать, чтобы убедиться в ее эффективности и выявить редкие осложнения.

Каждый из этих этапов далеко не прост. Неудача может случиться на любом из них. Даже в развитых странах не соответствующие стандартам вакцины хоть редко, но все же иногда попадают в продажу. В США, например, в 1955 г. не полностью инактивированная полиомиелитная вакцина Солка стала причиной вспышки полиомиелита: заболели более 200 вакцинированных и контактировавших с ними людей.

В 1995 г. из 190 вакцин, которые разрабатывались в США, получили лицензию только 5.

«Идеальной» вакцин мог бы считаться препарат, обладающий:

1.полной безвредностью для привитых, и для лиц, к которым вакцинный микроорганизм попадает в результате контактов с привитыми;
способностью вызывать стойкий иммунитет после минимального количества введений (не более трех);
достаточной стабильностью, чтобы не допустить ухудшения свойств вакцины при транспортировке и хранении;
умеренной ценой, которая не препятствовала бы массовому применению вакцины.

Критерии эффективных вакцин

Безопасность. Вакцины не должны быть причиной заболевания или смерти.
Протективность. Вакцины должны защищать против заболевания, вызываемого «диким» штаммом патогенна Поддержание протективного иммунитета. Защитный эффект должен сохраняться в течение нескольких лет.
Индукция нейтрализующих антител. Нейтрализующие антитела необходимы для предотвращения инфицирования. Индукция протективных Т-клеток. Патогены, размножающиеся внутриклеточно, более эффективно контролируются с помощью Т-клеточно-опосредованного иммунитета.
Относительно низкая цена вакцины.
Легкость применения.

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

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

Что такое белок одноклеточных?
Субстраты для производства БВК, их доступность, сравнительная экономическая оценка вклада стоимости субстрата в цену биомассы.
Дрожжи рода сахаромицет, как источник белка и витаминов.
Что такое микопротеин?
Что такое энзиматически активная биомасса, чем она отличается от «белка одноклеточных?
Пекарские дрожжи для хлебопечения. Особенности культивирования.
Бактериальные удобрения.
Бактерии диазотрофы. Особенности процесса азотфиксации нитрогеназа.
Получение бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактерий–симбионтов растений.
Азотобактеры – особенности культивирования.
Бактериальные, грибные и вирусные инсектициды. Условия сохранения инсектицидной активности.
Классификация вакцин.
Иммуногенность вакцин.
Основные принципы получения вакцин
Закваски в молочной промышленности. Определение, классификация
Общие критерии качества заквасок.
Мезофильные организмы закваски и их признаки.
Технология производства заквасок. Термофильные молочнокислые закваски.
Термофильные организмы закваски и их признаки.
Значение грибковых культур Penicillium camamberti, P. candidum, P. Caseicolum. Penicillium roqueforti в молочной промышленности.

Содержание