ПОЛУЧЕНИЕ «БЕЗОПАСНЫХ» ВАКЦИН МЕТОДАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Под общим названием «вакцины» объединяют препараты, способ­ствующие созданию активного иммунитета у людей и животных. Их получают как из самих патогенных микроорганизмов, так и с исполь­зованием продуктов их жизнедеятельности. Применение вакцин вы­зывает выработку невосприимчивости к заражению соответствующим возбудителем и стимулирует защитные силы организма. Поэтому вве­дение этих препаратов может осуществляться как с профилактиче­ской, так и с лечебной целью.

Вакцины. Определение, история развития

Методов вакцинации

Вакцины (лат. vaccinus — коровий) — препараты, получаемые из бактерий, вирусов и других микроорганизмов или продуктов их жиз­недеятельности и применяемые для активной иммунизации людей и животных с целью специфической профилактики и лечения инфек­ционных болезней.

Еще в древние времена было установлено, что перенесенная од­нажды заразная болезнь, например оспа, бубонная чума, предохраняет человека от повторного заболевания. В последующем эти наблюде­ния развились в учение о постиифекциониом иммунитете, т. е. полной или частичной специфической невосприимчивости к возбудителю, на­ступающей после перенесения вызванной им инфекции. Было также замечено, что человек приобретает иммунитет и после заболевания в легкой форме. На основе этих наблюдений у многих пародов приме­нялось искусственное заражение здоровых людей инфекционным ма­териалом в надежде на легкое течение болезни. С этой целью китайцы в XI в. до н. э. вкладывали оспенные струпья в нос здоровым людям, иногда предварительно высушивая их и размельчая в порошок. Искусственную прививку оспы, вариоляцию, стали применять и в Евро­пе, в частности в России, в XVIII в., когда эпидемия этого заболевания приняла угрожающие масштабы. Однако метод предохранительных прививок не оправдался, поскольку наряду с легкими формами на­блюдались и тяжелые. Поэтому в начале XIX в. вариоляция в евро­пейских странах была запрещена.

Разработка научных основ вакцинации стала возможной с конца XIX в. в результате развития микробиологии, иммунологии и других дисциплин. Однако впервые вакцина была получена в конце XVIII в. английским врачом Э. Дженнером. В 1880 г. Луи Пастер, экспериментируя с холерой кур, получил ее культуру, утерявшую свою вирулентность. Будучи привита домашним птицам, она не вызывала заболевания. Кроме того, у кур не развивалась холера и в случае,

если им после этого прививали вирулентные культуры. То есть ос­лабленные в своей болезнетворной активности (аттенуированиые) мик­робы не вызывают заболевания, но приводят к формированию имму­нитета. Это гениальное открытие Л. Пастера положило начало ши­рокому развитию иммунологии. Ученый предложил в честь опытов Э. Джениера применять термин «вакцины» ко всем препаратам из микробов и продуктов их жизнедеятельности, используемых для ак­тивной иммунизации людей и животных.

В 1881 г. Л. Пастер успешно провел вакцинацию животных жи­вой сибиреязвенной вакциной. В России ее самостоятельно создал Л. С. Цеиковский. Она применялась с 1883 по 1942 г. до внедрения в практику другого типа вакцины.

В 1885 г. Л. Пастер прививкой аттенуированного вируса бешен­ства впервые спас жизнь людям, укушенным бешеными животными. Для дальнейшего развития учения о вакцинах большое значение имели работы Н. Ф. Гамалеи (1888), Р. Пфайффера и В. Коле (1898), пока­завшие возможность создания иммунитета не только прививками, но и убитыми культурами возбудителей болезней. Н. Ф. Гамалея пока­зал также принципиальную возможность иммунизации химическими вакцинами, получаемыми извлечением из убитых микробов иммуни­зирующих фракций. Большое значение имело открытие Г. Рамоном в 1923 г. нового вида вакцинирующих препаратов — анатоксинов.

В последние годы в связи с развитием методов генетической ин­женерии стали создаваться принципиально новые вакцины, назван­ные в литературе «безопасные». Они получаются либо на основе по­верхностных антигенов или антигенных детерминант вирусов — субъ­единичные рекомбинантные вакцины, либо на основе живых возбу­дителей, аттеиуировапиых методами генной инженерии, — живые рекомбинантные вакцины.

Использование методов генной инженерии

При создании «безопасных» вакцин.

Поколения вакцин

Получение генно-инженерными методами иммунологически ак­тивных белков с определенными антигенными свойствами представ­ляет собой экспериментальную задачу большой сложности и суще­ственной практической значимости, поскольку к такому классу имму-иогенных белков относятся практически все вирусные и определен­ная часть микробных вакцин. Иммуногенность, или способность вы­зывать в организме образование антител, зависит от наличия на по­верхности белковой молекулы так называемых эпитопов, или анти­генных детерминант, образованных 6 — 8 аминокислотными остатка­ми и обладающих наибольшим сродством с активным центром анти­тела. Существуют антигенные детерминанты конформационного типа, представляющие собой пространственно сближенные отдаленные уча-

стки полипептидной цепи. Их наличие наряду с обязательным усло­вием поверхностного расположения всех видов эпитопов приводит к тому, что иммуиогенные свойства вирусных и микробных белков силь­но зависят от их вторичной, третичной и четвертичной структуры.

Попытки получения противовирусных вакцин с помощью генно-инженерного подхода до недавнего времени строились на выделении из вирусного генома того гена, который кодирует поверхностный бе­лок вирусной частицы. Последний содержит несколько антигенных детерминант, против которых в организме переболевших или вакци­нированных людей вырабатываются протективпые (вируснейтрали-зующие) антитела. На основе таких генов в составе рекомбипаптной ДНК в клетках бактерий или одноклеточных эукариот осуществляли синтез вирусного белка, который после соответствующей концентра­ции и очистки должен был бы стать дешевой и безопасной противови­русной вакциной субъединичиого типа. Именно таким образом была осуществлена экспрессия в бактериях или дрожжах генов, кодирую­щих поверхностный белок гемагглютииииа вируса гриппа и ряд дру­гих белков. Эти препараты на основе полноразмериых вирусных бел­ков явились первым поколением вакцин. Второе поколение разраба­тывалось уже на основе не цельных белковых молекул, а их отдель­ных участков — антигенных детерминант, или эпитопов. Такие вак­цины, полученные химико-ферментативным синтезом или путем ча­стичного протеолиза нативиых вирусных белков, уже успешно приме­няются в случае ящура. Было показано, что они безопасны, не обла­дают побочным действием, но весьма дороги. Альтернативным спосо­бом получения этих короткоцепочечиых олигопептидов является их синтез на матрице рекомбинантной ДНК в подходящей клетке-реци­пиенте с последующим встраиванием в белок-носитель. Такая вакци­на была произведена на основе антигенных детерминант вируса гепа­тита В, и при ее введении вырабатывались протективные антитела.

Любые вакцины на основе естественных антигенных детерминант обладают существенным недостатком, а именно: у большей части ви­русов, поражающих человека и животных, такие эпитопы расположе­ны в участках белка, первичная структура которых подвержена силь­ной изменчивости (особенно у вируса гриппа). Благодаря этому ви­русы легко преодолевают барьеры иммунной системы организма. В то же время в структуре их белков существуют консервативные участки, потенциально способные вызывать образование антител, но по каким-то причинам неиммуногенные или слабо иммуногенные в составе натив-ной вирусной оболочки. Получение этих консервативных участков ген­но-инженерными методами и их использование для вакцинации при­ведет к созданию вакцин третьего поколения с неприродными анти­генными детерминантами и очень широкого спектра действия, воз­можно, на уровне рода.