Использование ДНК-технологий для разработки вакцин

Использование ДНК-технологий для разработки вакцин

Перспективным направлением является создание трансгенных растений, несущих гены белков, характерных для бактерий и вирусов, вызывающих инфекционные заболевания. При потреблении сырых плодов и овощей, несущих такие гены, или их сублимированных соков происходит вакцинация организма. Например, при введении гена нетоксичной субъединицы энтеротоксина холеры в растения картофеля и скармливании сырых клубней подопытным мышам в их организме образовывались антитела к возбудителям холеры. Очевидно, что такие съедобные вакцины могут стать эффективным простым и недорогим методом защиты людей и обеспечения безопасности питания в целом.

Развитие в последние десятилетия ДНК-технологий совершило революцию и в деле разработки и производства новых вакцин. При помощи методов молекулярной биологии и генетической инженерии были идентифицированы антигенные детерминанты многих инфекционных агентов, клонированы гены, кодирующие соответствующие белки и, в ряде случаев, налажено производство вакцин на основе белковых субъединиц этих антигенов. Диарея, вызываемая инфекцией холерным вибрионом или энтеротоксигенной кишечной палочкой (Escherichia coli), является одной из опаснейших болезней с высоким процентом летальных исходов, особенно у детей. Общее количество заболеваний холерой на земном шаре превышает 5 миллионов случаев ежегодно, в результате чего умирает около 200 тысяч человек. Поэтому Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) уделяет внимание профилактике заболевания диарейными инфекциями, всячески стимулируя создание разнообразных вакцин против этих заболеваний. Вспышки заболевания холерой встречаются и в нашей стране, особенно в южных регионах.

Диарейные бактериальные заболевания также широко распространены и у сельскохозяйственных животных и птицы, в первую очередь у молодняка, что является причиной больших убытков в хозяйствах в результате потери веса и смертности поголовья.

Классическим примером рекомбинантной вакцины, полученной с помощью микроорганизмов, служит производство поверхностного антигена гепатита В. Вирусный ген HBsAg был встроен в дрожжевую плазмиду, в результате чего в дрожжах в больших количествах стал синтезироваться вирусный белок, который после очистки используется для инъекций в качестве эффективной вакцины против гепатита (Pelre et al., 1992).

Многие южные страны с высоким процентом заболевания гепатитом проводят всеобщую вакцинацию населения, включая детей, против этой болезни. К сожалению, стоимость такой вакцины относительно высока, что препятствует широкому распространению программ всеобщей вакцинации населения в странах с невысоким уровнем жизни. В связи с таким положением в начале 90-х годов ВОЗ выступила с инициативой создания новых технологий для производства недорогих вакцин против инфекционных болезней, доступных для всех стран мира.

Десять лет назад выдвинута концепция использования трансгенных растений для производства так называемых «съедобных» вакцин (edible vaccines). Действительно, если какой-либо съедобный орган растения будет синтезировать белок-антиген, обладающий сильными оральными иммуногенными свойствами, то при употреблении этих растений в пищу параллельно будет усваиваться и белок-антиген с выработкой соответствующих антител.

Получены растения табака, несущие ген, кодирующий антиген оболочки вируса гепатита В под растительным промотором. Наличие антигена в листьях трансгенных растений подтверждено иммуноферментным анализом. Показано сходство физико-химического строения и иммунологических свойств образующегося рекомбинантного антигена и антигена сыворотки человека.

Идентификация антител, продуцируемых в растениях, показала возможность сборки двух рекомбинантных генных продуктов в одну белковую молекулу, что невозможно в прокариотических клетках. Сборка антител происходила, когда обе цепи были синтезированы с сигнальной последовательностью. При этом, наряду с возможностью введения двух генов в одно растение, возможно также соединение индивидуальных полипептидных цепей, синтезируемых в разных трансгенных растениях, в полноценный белок при гибридизации этих двух растений. Возможно введение нескольких генов на одной плазмиде.

Трансгенные растения-продуценты аутоантигенов могут использоваться также при других аутоиммунных болезнях, таких как множественный склероз, ревматический артрит, инсулинозависимый диабет и даже отторжения при трансплантации органов. Инсулинозависимый диабет является аутоиммунным заболеванием, при котором продуцирующие инсулин клетки поджелудочной железы разрушаются собственными цитотоксичными Т-лимфоцитами. Оральное профилактическое потребление значительных количеств иммуногенных белков может привести к предохранению и значительной задержке появления симптомов аутоиммунных болезней. Однако оно возможно только при наличии значительного количества аутоантигенов. Белки инсулин и панкреатическая декарбоксилаза глютаминовой кислоты (GAD65) рассматриваются в качестве оральных вакцин для предотвращения инсулинозависимого диабета. Недавно канадские биотехнологи получили трансгенные растения картофеля, синтезирующие панкреатическую декарбоксилазу глютаминовой кислоты. При скармливании предрасположенным к диабету мышам отмечено как снижение встречаемости диабета, так и величины аутоиммунного ответа.

Приведенные выше результаты генноннженерных разработок убедительно свидетельствуют о возможности создания «съедобных» вакцин на основе трансгенных растений. Учитывая тот факт, что разработка вакцин для человека потребует гораздо больше времени и более тщательной проверки на безвредность для здоровья, следует ожидать, что первые съедобные вакцины будут разработаны для животных. Исследования на животных помогут раскрыть механизмы действия «съедобных» вакцин и только потом, после длительного изучения и всесторонней оценки, такие вакцины можно будет использовать в клинической практике. Тем не менее, работы в этом направлении активно продолжаются, а идея использования растений для производства вакцин уже запатентована в США, что свидетельствует о коммерческом интересе к этим разработкам.

Несмотря на столь обнадеживающие результаты, проблема создания коммерческих «съедобных» вакцин против диареи требует дальнейших исследований. В патогенезе энтеротоксической формы бактериальных и холерных   диарей   первичным   является   обеспечение возможности бактериям размножаться в тонком отделе кишечника. Этот процесс зависит от способности Escherichia coli к адгезии, что обусловлено наличием на поверхности бактериальных клеток специальных нитевидных образовании белковой природы — фимбрий. На стенках тонкого кишечника больных диареей обнаруживается значительно больше бактерий, чем в просвете того же участка кишечника, что связано с наличием у Escherichia coli фимбриальных адгезинов — белков, обеспечивающих связывание с рецепторами на поверхности кишечного эпителия.

Даже непатогенные штаммы Escherichia coll, которые содержали плазмиду, кодирующую синтез адгезина, были способны колонизировать кишечник и вызывать диарею, не вырабатывая при этом энтеротоксинов. В связи с этим вполне вероятно, что иммунности только против токсинов будет недостаточно для предотвращения патогенных эффектов, вызываемых холерным вибрионом или кишечной палочкой. Возможно, что для преодоления этих эффектов в добавление к антигенам энтеротоксинов необходимо будет экспрессировать нейтрализующие эпитопы структурных антигенов, таких как липополисахариды, белки внешней мембраны бактерий или адгезинов, ассоциированных с фимбриями этих бактерий, ответственных за связывание со слизистой оболочкой кишечника. Недавно один из таких адгезинов — FimH — был успешно использован для иммунизации мышей против бактериальной диареи.

Еще одна важная проблема, связанная с разработкой «съедобных» вакцин — уровень экспрессии гетерологичного антигена в растениях. Поскольку при пероральном введении вакцины требуются большие количества антигена, чем при парентеральном, количество синтезируемого в растениях антигена,которое сейчас составляет не более 0,3% от общего растворимого белка, должно быть увеличено. В то же время уровень экспрессии должен быть достаточно высоким для того, чтобы вызывать иммунный ответ, но быть меньше уровня, который вызывает толерантность к антигену, как это происходит с веществами, потребляемыми с обычной пищей. А так как иммунный ответ (иммуногенность против толерантности) может быть антиген-специфичным, то уровни экспрессии для каждого потенциального антигена надо будет подбирать индивидуально.

Как показывают эксперименты, уровень экспрессии гетерологичного антигена в растениях может быть увеличен путем использования тканеспецифичных промоторов и энхансеров, энхансеров транскрипции и трансляции, добавлением транспортирующих пептидов, а также путем изменения нуклеотидной последовательности соответствующих генов с использованием кодонов, предпочтительных для растений. Однако, вопрос о том, какие растения лучше использовать и в каком съедобном органе лучше экспрессировать антиген, требует дальнейших исследований, так как в различных растениях могут содержаться вещества, блокирующие или замедляющие иммунный ответ или просто токсичные для человека и животных, как, например, алкалоиды в клетках табака.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

«Живые» приборы и их использование человеком

Из книги Удивительная биология автора Дроздова И В

«Живые» приборы и их использование человеком В наш век все проблемы решаются с использованием строгого научного подхода. Однако при этом нередко остаются в стороне или попросту забываются крайне ценные приобретения многовекового опыта наших далеких предков, например в


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДВИЖНЫХ ГОЛУБЯТЕН В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ

Из книги Семь экспериментов, которые изменят мир автора Шелдрейк Руперт

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДВИЖНЫХ ГОЛУБЯТЕН В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ В 1914 г., к началу Первой мировой войны, бельгийская, французская, итальянская и германская армии располагали службами голубиной почты и большим количеством голубятен с обученными птицами. В то время уже существовали


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ МУРАВЬЁВ

Из книги Муравей, семья, колония автора Захаров Анатолий Александрович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ МУРАВЬЁВ Муравьи начинают оказывать серьезное влияние на биоценоз при условии, что численность их достаточно велика. Однако в лесах гнезда рыжих лесных муравьев размещаются крайне неравномерно. Это происходит в силу различных причин. Прежде


Методология прикладного использования ДНК-технологий

Из книги Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы автора Глазко Валерий Иванович

Методология прикладного использования ДНК-технологий ДНК-технология или генная (генетическая) инженерия — направление исследований в генетике, в рамках которого разрабатывают приемы, позволяющие по заранее намеченному плану перестраивать геном организмов


РАСХИЩЕНИЕ МОРСКИХ БОГАТСТВИЛИ РАЦИОНАЛЬНОЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ?

Из книги До того как умрет природа автора Дорст Жан

РАСХИЩЕНИЕ МОРСКИХ БОГАТСТВИЛИ РАЦИОНАЛЬНОЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ? О море, не ведает никто твоих богатств сокрытых.Шарль Бодлер, «Цветы зла», XIV, Человек и мореНельзя сказать, что богатства морей неисчерпаемы, но они огромны, и человек с незапамятных времен пользуется ими. Все


1.3. Сопоставление естественных и производственных технологий

Из книги Естественные технологии биологических систем автора Уголев Александр Михайлович

1.3. Сопоставление естественных и производственных технологий Сопоставление определений производственных технологий и естественных процессов позволяет заключить, что лишь первые имеют отношение к проблемам, рассматриваемым технологией. Действительно, в 1901 г. в статье


1.5. Экзотрофия как модель для анализа естественных технологий

Из книги Электричество в жизни рыб автора Лаздин Александр Владимирович

1.5. Экзотрофия как модель для анализа естественных технологий В биологии решение даже наиболее важных и общих проблем часто зависит от счастливого выбора подходящих экспериментальных моделей, т.е. объектов исследования. Примерами могут служить гигантский аксон


Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ЭКЗОТРОФИИ

Из книги Популярно о микробиологии автора Бухар Михаил

Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ЭКЗОТРОФИИ Экзотрофия, и в том числе пищеварение, была охарактеризована как некоторая естественная технология. В этой главе такая технология будет рассмотрена в эволюционном аспекте.Было бы привлекательно думать, что


4.7. Принцип эффективности как основа естественных технологий

Из книги Клематисы автора Бескаравайная Маргарита Алексеевна

4.7. Принцип эффективности как основа естественных технологий Насколько известно, наибольшие затруднения встречаются не тогда, когда требуется объяснить появление признака, полезного в данных условиях, а в тех случаях, когда необходимо понять исчезновение структуры или


Глава 8. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Из книги Животные автора Беспалов Юрий Гаврилович

Глава 8. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Признание естественных технологий влечет за собой многочисленные теоретические и практические следствия, касающиеся биологии, промышленности, сельского хозяйства, медицины и т.д. Наука становится технологичной, а


Использование рыбами электрических полей

Из книги Современное состояние биосферы и экологическая политика автора Колесник Ю. А.

Использование рыбами электрических полей Электрическая локацияЕще Дарвину было известно, что некоторые рыбы имеют небольшие электрические органы. Разряды, излучаемые ими, настолько слабы, что казались естествоиспытателям совершенно бесполезными. Эти органы считались


Глава 27 Микробиология — основа новейших технологий

Из книги Биологическая химия автора Лелевич Владимир Валерьянович

Глава 27 Микробиология — основа новейших технологий Всякая наука черпает свои права на существование в возможности так или иначе оказаться полезной человечеству в качестве науки прикладной. В. Оствальд Прошло уже достаточно времени с тех пор, как человек начал


Использование клематисов в озеленении

Из книги автора

Использование клематисов в озеленении Клематисы заслуженно называют «королями» вьющихся растений, и в декоративном садоводстве им отводится особое место. Привлекательность и красота клематисов обусловлены разнообразием окраски и обилием цветков (нередко от 500 и


Глава 9 Эскизные разработки конструктора природы

Из книги автора

Глава 9 Эскизные разработки конструктора природы Представьте себе животное, из тела которого изъято сердце с кровеносной системой, или органы дыхания, или же система пищеварения. А может, не изъято, а при рождении не заложено. К тому же это животное не единичное, а все его


10.2. Использование земельных ресурсов

Из книги автора

10.2. Использование земельных ресурсов Почвенный покров Приморского края и масштабы его деградации[2]Приморский край входит в южно-таежную лесную Амуро-Уссурийскую и лесостепную Амуро-Ханкайскую области и горную Южно-Сихотэ-Алиньскую провинцию. Горы занимают около 72 %