15,4 Вт: Вакцини

Активна імунізація або вакцинація

Терміни вакцинація та вакцина походять від роботи Едварда Дженнера, який понад 200 років тому показав, що щеплення людей матеріалом від шкірних уражень, спричинених коровою віспою (L. vaccinus, корів) захищало їх від сильно заразної та часто смертельної віспи. З часів Дженнера термін зберігався для будь-якого препарату мертвих або ослаблених патогенів або їх продуктів, які при введенні в організм стимулюють вироблення захисних антитіл або Т-клітин, не викликаючи захворювання. У молекулярному плані метою є введення нешкідливого антигену (ів) з епітопами, які також знаходяться на збуднику.

Вакцинацію ще називають активною імунізацією, оскільки імунна система стимулюється до вироблення власного імунітету проти збудника. Пасивний імунітет, навпаки, є результатом ін'єкції антитіл, утворених іншою твариною (наприклад, кіньми, людиною), які забезпечують негайний, але тимчасовий захист реципієнту.

види вакцин

Вбиті цілі організми

У цьому відносно грубому підході вакцина виготовляється з усього організму, вбивається, щоб зробити її нешкідливою. Прикладами є вакцини проти тифу та холери.

ослаблені організми

Тут організм був культивований так, щоб знизити його патогенність, але все ж зберегти частину антигенів вірулентної форми. Bacillus Calmette-Guérin (БЦЖ) - це ослаблена версія бактерії, яка викликає туберкульоз у корів. БЦЖ використовується як вакцина проти туберкульозу в багатьох європейських країнах, але рідко використовується в США.

Токсоїди

При деяких захворюваннях дифтерія і правець - горезвісні приклади, небезпечний не ріст бактерії, а виділяється нею білковий токсин. Обробляючи токсин, наприклад, формальдегідом, денатурує білок, щоб він більше не був небезпечним, але зберігає деякі епітопи на молекулі, які будуть викликати захисні антитіла.

поверхневі молекули

Антитіла, швидше за все, будуть захисними, якщо вони зв'язуються з поверхнею вторгнувся збудника, що запускає його руйнування. Кілька вакцин використовують очищені поверхневі молекули:

• Вакцина проти грипу містить очищені гемаглютиніни від вірусів, що знаходяться в даний час в обігу по всьому світу.
• Ген, що кодує білок, експресований на поверхні вірусу гепатиту В, званий поверхневим антигеном гепатиту В або HBsAg, тепер може бути експресований в клітині кишкової палички і забезпечує матеріал для ефективної вакцини. Інфекція гепатитом В міцно пов'язана з розвитком раку печінки. Ось тоді і вакцина проти раку.
• Гени, що кодують капсидні білки 9 штамів вірусу папіломи людини (ВПЛ), можуть бути експресовані в дріжджах, а отримані рекомбінантні білки включені в вакцину (Гардасил 9®). Оскільки зараження деякими з цих штамів ВПЛ може призвести до раку шийки матки, ось ще одна вакцина проти раку.
• Деякі 80 різних штамів Streptococcus pneumoniae викликають пневмонію у людини. Вони відрізняються хімією полісахаридної капсули, яка їх оточує, і ускладнює поглинання фагоцитами їх ендоцитозом. Одна діюча вакцина складається з крихітних кількостей очищених капсульних полісахаридів 23 найпоширеніших та/або небезпечних штамів.

інактивований вірус

Як і вбиті бактеріальні вакцини, ці вакцини містять цільні вірусні частинки, які були оброблені (знову ж таки, часто формальдегідом), так що вони не можуть заразити клітини господаря, але все ще зберігають деякі незмінені епітопи. Вакцина Солка від поліомієліту (IPV) є прикладом.

ослаблений вірус

У цих вакцині вірус все ще може заразити, але був настільки ослаблений, що більше не є небезпечним. Прикладами є вакцини проти кору, свинки та краснухи («німецький кір»). Ще одним прикладом є пероральна вакцина проти поліомієліту Сабіна (ОПВ). Він має переваги перед вакциною Солка в тому, що

• його дають ротом, а не ін'єкцією;
• віруси, які він містить, можуть поширюватися на інших членів сім'ї вакцинованих, тим самим імунізуючи їх.

Недолік має те, що в рідкісних випадках один із штамів вакцини відновлює повну вірулентність і викликає захворювання. З цієї причини вакцина Солка знову стала кращою вакциною у всьому світі.

Приклад: Новий метод загасання

Різні ослаблені вірусні вакцини, що використовуються в даний час, були розроблені досить хіт-або-промах методами. Однак вчені працювали над технологією, яка використовує явище зміщення кодонів - що може зробити можливим раціональний розвиток безпечніших вакцин.

Одна група, в Університеті Стоуні-Брук (див. J.R. Coleman et al., Science, 27 червня 2008), спроектувала вірус поліомієліту з сотнями мутацій в генах, що кодують його капсидний білок. Однак кожна з них є «мовчазною» мутацією; тобто вона просто змінює кодон для амінокислоти на інший кодон для тієї ж амінокислоти. Коли вони створили віруси поліомієліту, в яких пари нових кодонів були тими, які дикий вірус поліомієліту уникає використання (оскільки це робить його людський господар), вони виявили, що нові віруси були набагато менш інфекційними, ніж оригінал. Але врахуйте, що дана процедура не внесла жодних змін в амінокислотну послідовність капсидного білка. Тож можна було б очікувати, що всі епітопи, визнані імунною системою, будуть незмінними. І справді, вони продовжували показувати, що миші, імунізовані синтетичним вірусом, були захищені від хвороб, спричинених диким вірусом.

Як уже згадувалося вище, однією з проблем, пов'язаних з ослабленою вакциною проти поліомієліту живого вірусу (Sabin), є рідкісна мутація спини до повної вірулентності. Така зворотна мутація в цих інженерних вірусах була б надзвичайно малоймовірною, враховуючи сотні мовчазних мутацій, які потрібно було б змінити.

Зведена таблиця: Ось таблиця, що описує деякі найбільш широко використовувані вакцини, що застосовуються у людини.

Захворювання Агент	підготовка	Нотатки
Дифтерія	анатоксин	Часто дають в одному препараті DTaP (Daptacel®) для немовлят і дітей молодшого віку; Tdap для підлітків і дорослих (малі літери означають меншу кількість антигенів дифтерії та кашлюку в Tdap).
Правець	анатоксин
коклюш	Вбиті бактерії («Р») або їх очищені компоненти (ацелюлярний коклюш = «aP»)
Поліомієліт	інактивований вірус	Інактивована вакцина проти поліомієліту: IPV (Salk)
	ослаблений вірус	Пероральна вакцина проти поліомієліту; ОПВ (Сабін) Обидві вакцини тривалентні (типи 1, 2 та 3)
Гепатит А	інактивований вірус	HAVRIX® і VAQTA®; також доступні в одноразовому шоті з HBsAg (Twinrix®)
Гепатит В	Білок (HBsAg) з поверхні вірусу	Виготовлено за технологією рекомбінантної ДНК
Ротавірус	Атенюйований вірус (Rotarix®) або 5 штамів вірусу (RotaTeQ®)	для запобігання цього серйозного діарейного захворювання у немовлят
Вірус папіломи людини (ВПЛ)	Білок з капсиду 9 штамів вірусу	Гардасил 9®; виготовлений за технологією рекомбінантної ДНК
Дифтерія, правець, коклюш, поліомієліт та гепатит В	Використовує ацелюлярний коклюш і IPV (Salk)	Педіарікс®; комбінована вакцина, що призначається в 3 дозах немовлятам
Дифтерія, правець, коклюш, поліомієліт та Hemophilus influenzae тип b (Hib)	Використовує ацелюлярний коклюш і IPV (Salk)	Пентасель®; комбінована вакцина, що призначається в 4 дозах немовлятам
Кір	ослаблений вірус	Часто дають у вигляді суміші (MMR) Не збільшують ризик аутизму. (Також не роблять жодних вакцин, що містять тімеросал як консервант.)
свинка	ослаблений вірус
Краснуха	ослаблений вірус
Вітрянка (вітряна віспа)	Атенуйований вірус вітряної віспи (VZV)	Також доступний у поєднанні з MMR («MMRV» або ProQuad®)
Холера	Вбиті бактерії	Доступні три пероральні вакцини
Грип	гемаглютиніни	Містить гемаглютиніни з вірусів типу А і типу В останнім часом в обігу.
	ослаблений вірус	FluMist® — містить ослаблені віруси типу В і два штами типу А, які недавно перебувають в обігу.
пневмококові інфекції	Капсульні полісахариди	Суміш капсульних полісахаридів 23 поширених типів. Погано працює у немовлят.
	13 капсульних полісахаридів, кон'югованих з білком («PCV13»)	Мобілізує допоміжні Т-клітини; добре працює у немовлят.
менінгококова хвороба	4 полісахариди, кон'юговані з білком	Для запобігання спалахів серед нових груп молоді, наприклад, першокурсників коледжів, військовослужбовців
Гемофільний грип, тип b (Hib)	Капсульний полісахарид, кон'югований з білком	Запобігає менінгіту у дітей
Сказ	інактивований вірус	Вакцина, виготовлена з культур диплоїдних клітин людини (HDCV) або клітин курячих ембріонів (PCECV)
Віспа	Вірус вакцинії	Незважаючи на глобальне викорінення віспи, використовується для захисту від можливого біотерористичного нападу
Сибірська виразка	Екстракт ослаблених бактерій	В першу чергу для ветеринарів і військовослужбовців
Черевний тиф	Доступні три типи: 1. вбиті бактерії 2. живі, ослаблені бактерії (перорально) 3. полісахарид кон'югований з білком
Жовта лихоманка	ослаблений вірус
Туберкульоз	Атенуйовані бактерії (БЦЖ)	Рідко використовується в США.

Деякі з тріумфів вакцинації

Найбільшим тріумфом є викорінення віспи з планети, з 1977 року ніяких природних випадків не було виявлено. «Природний», оскільки один випадок (смертельний) стався пізніше після випадкового викиду вірусу в лабораторію. Наскільки відомо громадськості, вірус віспи зараз існує тільки в лабораторіях США і Росії. В даний час ведуться енергійні дебати щодо того, чи слід їх знищувати. Якщо віспа коли-небудь повинна повернутися в навколишнє середовище, результати можуть бути руйнівними, оскільки вакцинація проти віспи більше не проводиться, і тому населення, повністю сприйнятливе до захворювання, зростає з кожним роком.

Зараз триває програма, спрямована на усунення поліомієліту зі світу. За винятком випадків, викликаних ОПВ, зараз хвороба ліквідована із Західної півкулі. Спалахи поліомієліту все ще трапляються в Африці, на Індійському субконтиненті та частині Близького Сходу. У таблиці 1 порівнюється кількість випадків захворювання в США за репрезентативний рік (або до того, як вакцина була доступна, або до того, як вона набула широкого застосування) з кількістю випадків, зареєстрованих у 1994 році.

Таблиця 1

Хвороба	Всього випадків	Рік	Випадки 1994 року	% Зміна
Дифтерія	206 939	1921	2	-99,9%
Кір	894 134	1941	963	-99,9%
свинка	152 209	1968	1537	-99,9%
коклюш	265 269	1934	4617	-99,9%
Поліомієліт*	21 269	1952	0	-100%
Краснуха	57 686	1969	227	-99,9%
Правець	1 560	1923	51	-99,9%

* З 1979 року в США щороку траплялося 8 випадків поліомієліту, які купуються від самої вакцини (ОПВ, вакцина Сабіна). З цієї причини знову впроваджується вакцина проти «вбитого» вірусу (IPV, вакцина Солка). Станом на 17 червня 1999 року рекомендується в майбутньому всім дітям отримувати 4 дози вакцини Солка і, крім особливих обставин, жодної вакцини Сабіна.

Проблеми розробки вакцин

З такою кількістю тріумфів, чому вакцини не усунули інші поширені захворювання, такі як малярія та інфекція ВІЛ-1?

Однією з проблем є те, що експериментальні вакцини часто викликають імунну відповідь, яка насправді не захищає від захворювання. Більшість вакцин переважно індукують утворення антитіл, а не клітинний імунітет. Це добре для тих захворювань, викликаних

• токсини (дифтерія, правець)
• позаклітинні бактерії (пневмококи)
• навіть віруси, які повинні пройти крізь кров, щоб дістатися до тканин, де вони завдають шкоди (поліомієліт, сказ)

Але віруси є внутрішньоклітинними паразитами, поза досяжністю антитіл, поки вони проживають у своїх клітинах-мішенях. Вони повинні бути атаковані клітинною гілкою імунної системи, наприклад цитотоксичними Т-лімфоцитами (CTL). Більшість вакцин погано справляються з виявленням клітинного імунітету (CMI).

Приклад:

Значна частина ранньої і поки що невдалої роботи над вакцинами проти ВІЛ-1 була зосереджена на відповіді антитіл досліджуваної тварини. Антитіла можуть відігравати роль у запобіганні інфекції або мінімізації її поширення, але клітинні реакції, ймовірно, виявляться набагато важливішими. Звичайно, тисячі пацієнтів помирають від СНІДу, незважаючи на високий рівень антитіл до ВІЛ-1. Найпоширеніший тест на ВІЛ-1 інфекцію виявляє не наявність вірусу, а наявність антитіл проти вірусу.

ДНК-вакцини

З вакцинами ДНК суб'єкту вводять не антиген, а ДНК, що кодує антиген.

ДНК включена в плазміду, що містить

• послідовності ДНК, що кодують один або кілька білкових антигенів або, часто, просто епітопи повного антигену (-ів);
• Послідовності ДНК, що містять промотор, який дозволить ефективно транскрибувати ДНК в клітині людини.
• Іноді також включаються послідовності ДНК, що кодують костимулюючі молекули та послідовності, які націлені на експресований білок на конкретні внутрішньоклітинні місця (наприклад, ендоплазматичний ретикулум).

ДНК-вакцину можна вводити в м'яз так само, як і звичайні вакцини. На відміну від звичайних вакцин, ДНК-вакцини викликають клітинні, а також опосередковані антитілами імунні реакції.

Клітинно-опосередкована відповідь

• Плазміда приймається антигенпрезентуючої клітиною (APC), як дендритна клітина.
• Ген (и), що кодують різні компоненти, транскрибуються та перекладені.
• Білкові продукти розпадаються на пептиди.
• Вони піддаються впливу на клітинну поверхню, розташовану в молекулах гістосумісності класу I, де
• вони служать потужним стимулятором для розвитку клітинно-опосередкованого імунітету.

Відповідь, опосередкована антитілами

• Якщо плазміда засвоюється іншими клітинами (наприклад, м'язовими клітинами), синтезовані білки вивільняються і можуть бути охоплені антигенпрезентуючими клітинами (включаючи В-клітини).
• У цьому випадку білки деградують у шляху II класу і представлені помічникам Т-клітинам.
• Вони виділяють лімфокіни, які допомагають В-клітинам виробляти антитіла.

Поки що більша частина роботи над вакцинами ДНК проводилася на мишах, де вони виявилися здатними захистити їх від туберкульозу, ГРВІ, віспи та інших внутрішньоклітинних збудників. Крім того, більше десятка різних ДНК-вакцин проти ВІЛ-1 причини СНІДу знаходяться в клінічних випробуваннях.