Получение вакцин методом генной инженерии

В настоящее время  также создана векторная модель для доставки в клетки костного мозга  гена, кодирующего гранулоцитарный  колониестимулирующий фактор человека (чГ-КСФ). Данный белок относится  к семейству гемопоэтических  факторов роста и является одним  из физиологических регуляторов, специфически и высокоэффективно стимулирующих  пролиферацию и дифференцировку  гемопоэтических предшественников нейтрофилов. чГ-КСФ увеличивает  продолжительность жизни клеток костного мозга, усиливает функциональную активность зрелых нейтрофилов. Созданный  вектор представляет собой многослойную конструкцию. "Центральным ядром" конструкции является плазмида pGGF8, содержащая ген чГ-КСФ. Ее окружает полисахаридная оболочка, которая состоит  из полиглюкина и спермидина. Внешний  белковый слой содержит смесь сывороточного  альбумина и белка доставки - трансферина. Эффективность описанной векторной  модели была доказана опытным путем.

Итак, при конструировании  рекомбинантных противовирусных вакцин немаловажное значение имеет создание специального вектора-носителя, обеспечивающего  адресную доставку генов и их защиту от действия нуклеаз крови.

2. ВАКЦИНА ПРОТИВ  ЛЕЙКЕМИИ КОШЕК,

ИЗГОТОВЛЕННАЯ С  ПОМОЩЬЮ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Возбудителем лейкемии кошек является ретровирус типа С. Вирус  лейкемии кошек (FeLV) имеет в качестве генетического материала молекулу РНК. Заболеваемость и смертность среди  домашних кошек в Швейцарии довольно высока. Вакцина против FeLV, изготовленная  традиционным путем, была разработана  несколько лет тому назад и  находится в продаже в Швейцарии. Высокая цена современных вакцин и отсутствие уверенности в отношении  длительности эффекта и надежности вакцины вызвали необходимость  создания вакцины с помощью генной инженерии.

При конструировании  рекомбинантной вакцины оболочечный  протеин вируса (env-ген) клонировался в пивных дрожжах (Saccharomyces cerevisiae). Env-ген вначале лигировался с промотором дрожжей (пируваткиназный промотор), а затем клонировался в так называемом "Shuttle"-векторе. Вектор "Shuttle" (челночный вектор) может размножаться как в бактерии E. coli, так и в пивных дрожжах S. cerevisiae.Он содержит с одной стороны репликационные оригины как для дрожжей, так и для E. coli, а с другой стороны селекционный маркер для дрожжей (leu2 ген) и для E.coli (резистентность к ампицилину). Из литра дрожжевой культуры выделяют множество миллиграмм env-протеина и затем тестируют в опыте по вакцинации. Результат вселяет надежду: 10 кошек были иммунизированы env-протеином, причем 4 дали ответ антителами. Через 2 недели провели заражение FeLV. Теперь все животные давали ответ антителами.

Таким образом, полученная вакцина оказалась эффективным  средством для борьбы с данным заболеванием.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грен Э. Я., Пумпен П. П. Рекомбинантные вирусные капсиды - новое поколение иммуногенных белков и вакцин // Журнал ВХО. - 1988. - т. II, №5. - с. 531-536.
2. Дмитриев Б. А. Проблемы и перспективы создания синтетических вакцин // Иммунология. - 1986. - №1. - с. 24-29.
3. Лебедев Л. Р., Сизов А. А., Масычева В. И., Карпенко Л. И., Рязанкин И. А. Молекулярный вектор для доставки генов в клетки-мишени // Биотехнология. - 2001. - №1. - с. 3-12.
4. Мертвецов Н. П., Беклемишев А. Б., Савич И. М. Современные подходы к конструированию молекулярных вакцин. - Новосибирск: Наука, 1987, 210 с.
5. Сизов А. А., Лебедев Л. Р., Масычева В. И., Кашперова Т. А., Одегов А. М. Разработка вирус-подобной конструкции для рецептор-опосредованного транспорта гена чГ-КСФ в клетки костного мозга in vivo // Биотехнология. - 2001. - №1. - с. 13-18.
6. Шабарова З. А., Богданов А. А., Золотухин А. С. Химические основы генетической инженерии. - М.: Изд-во МГУ, 1994, 224 с.
7. Щелкунов С. Н. Клонирование генов. - Новосибирск: Наука, 1986, 232 с.
8. Юров Г. К., Народицкий Б. С., Юров К. П. Конструирование и использование ДНК-вакцин // Ветеринария. - 1998. - №12. - с. 25-27.
9. Hubscher U. Генная инженерия и ветеринария. Вакцины, изготовленные с помощью генной инженерии, и анализ высоковариабельных участков ДНК. -Schweiz. Arch. Tierheilk., 1987, 129, №11, 553-564.

Рекомбинантные вакцины (Генная инженерия)

Категория: Биология

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………………………….3

1. Принципы конструирования рекомбинантных противовирусных вакцин…………..4-24
1. Получение соответствующего фрагмента нуклеиновой кислоты……………....….4
2. Выбор высокоактивной и хорошо изученной в иммунологическом отно-

шении модели вектора-носителя и клонирование соответствующего гена……9-21

1. Получение рекомбинантных ДНК……………………………………………9
2. Получение рекомбинантных РНК…………………………………………...11
3. Стратегия клонирования генов………………………………………….…13
4. Разнообразие векторных молекул…………………………………………17
2. Выбор системы экспрессии клонированного гена, способной обеспечить

максимальный выход  и функциональную полноценность  продукта……………..22

4. Создание достаточно удобных и по возможности универсальных векторов

для целевой доставки генов в клетки и ткани организма…………………………23

2. Вакцина против лейкемии кошек, изготовленная с помощью генной

инженерии……………………………………………………………………………….…24

Список литературы…………………………………………………………………………….26

ВВЕДЕНИЕ

Существующие традиционные вакцины, несмотря на очевидный положительный  эффект их широкого применения, обладают рядом недостатков. К ним относятся: наличие нежелательных биологически активных и балластных компонентов  в препаратах, неполноценные иммунологические свойства самих антигенов. Кроме  того, существуют заболевания, не вызывающие иммунитета, вакцины против которых  вообще отсутствуют и не могут  быть сконструированы на основе классических принципов. Все это вызывает необходимость  усовершенствования уже существующих вакцин и создания принципиально новых типов вакцин. Одним из наиболее перспективных направлений в данной области является получение вакцинных препаратов на основе методов генной инженерии.

Последним достижением  генной инженерии и биотехнологии  стало создание рекомбинантных противовирусных  вакцин, содержащих гибридные молекулы нуклеиновых кислот. Данные вакцины  обладают целым рядом преимуществ. Они характеризуются отсутствием (или значительным снижением) балластных компонентов, полной безвредностью, низкой стоимостью, которая связана с  удешевлением промышленного производства вакцин. Экспрессируемый в клетках  вакцинированного животного белок  имеет конформацию, близкую к  нативной, и обладает высокой антигенной активностью.

Таким образом, рекомбинантные противовирусные вакцины являются новейшим поколением вакцин. Их очевидное  преимущество обуславливает широкое  применение данного типа вакцин в  медицине и ветеринарии для вакцинации населения и сельскохозяйственных животных.

1. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ  РЕКОМБИНАНТНЫХ ПРОТИВОВИРУСНЫХ  ВАКЦИН

Важным условием получения эффективного вакцинного препарата является соблюдение основных принципов его производства. Конструирование  рекомбинантных противовирусных вакцин предполагает: 1) получение соответствующего фрагмента нуклеиновой кислоты; 2) выбор высокоактивной и хорошо изученной в иммунологическом отношении  модели вектора-носителя и клонирование соответствующего гена (или генов); 3) выбор системы экспрессии клонированного гена, способной обеспечить максимальный выход и функциональную полноценность  продукта; 4) создание достаточно удобных  и по возможности универсальных  векторов для целевой доставки генов  в клетки и ткани организма.

1.1. ПОЛУЧЕНИЕ СООТВЕТСТВУЮЩЕГО  ФРАГМЕНТА

НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Для конструирования  рекомбинантных РНК или ДНК необходимо получить фрагмент нуклеиновой кислоты, который в дальнейшем и будет  встраиваться в векторную молекулу.

Фрагменты ДНК для встраивания  в вектор можно получить непосредственно  из хромосомной ДНК, расщепив ее рестриктазами  или разрушив случайным образом (например, с помощью ультразвука) на сегменты с примерно одинаковой длиной. Выделение генов с помощью "вырезания" из генома, как правило, состоит из четырех этапов: 1) получение клонотеки фрагментов генома; 2) выявление фрагментов генома, содержащих необходимый ген, и точная локализация гена в данном фрагменте; 3) вырезание гена из фрагмента(ов) с помощью рестриктаз и сшивка участков гена с помощью ДНК-лигазы фага Т4, если эти участки получены из различных фрагментов; 4) амплификация гена в составе векторной молекулы. Указанный способ получения генов является наиболее приемлимым применительно к протозойным возбудителям, бактериям и для некоторых сложно устроенных ДНК-содержащих вирусов. Такие операции проводятся, в частности, при создании так называемых "библиотек генов", то есть набора одинаковых векторных систем, в совокупности несущих в себе весь геном данного организма. Однако этот подход имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, очень сложна задача подбора рестриктаз, позволяющих вырезать из геномной ДНК или клонированного фрагмента генома цельный ген. Как правило, вместе с геном остаются фланкирующие его лишние нуклеотидные последовательности, что мешает дальнейшему использованию этого гена, или же рестриктазы отрезают часть гена, делая его функционально неполноценным. Во-вторых, создание клонотеки генома возбудителя представляет специальную задачу и требует больших затрат времени. Наконец, для ряда ДНК-содержащих вирусов (паповавирусы) доказан сплайсированный характер структуры генов. Вполне понятно, что выделенные гены этих вирусов вследствие наличия интронных областей не будут проявлять функциональной активности в бактериальных клетках и окажутся непригодными при решении задач по конструированию рекомбинантных противовирусных вакцин. В-третьих, если ген составляет незначительную долю от всей геномной ДНК, то возникают большие трудности с его изоляцией и идентификацией.

Наиболее распространенным является путь получения генов через  синтез ДНК-копий (кДНК) информационных или каких-либо других (в оптимальном  случае - индивидуальных) РНК путем  их обратной транскрипции. Данный способ включает в себя три этапа: 1) выделение  высокоочищенных мРНК, кодирующих индивидуальные структурные белки, либо выделение  геномных РНК вирусов; 2) синтез двухцепочечной ДНК (гена) на матрицах РНК; 3) амплификация гена с помощью методов молекулярного  клонирования.

Как отмечалось, первым этапом в получении генов с  помощью методов обратной транскрипции служит выделение и очистка геномных РНК и мРНК. Геномные РНК выделяют главным образом из очищенных  вирионов, а мРНК - из инфицированных клеток. Для выделения мРНК из инфицированных клеток используют различные способы. В одном из вариантов выделение  мРНК из инфицированных клеток проводят непосредственно из лизированных клеток (лизис осуществляют в денатурирующих средах в целях предотвращения разрушающего действия нуклеаз на мРНК) с последующей  экстракцией фенолом и хлороформом  или центрифигурированием лизата через  подушку 5,7M СsCl (для освобождения от клеточных ДНК) и заключительной аффинной хроматографией на олиго(dТ)-целлюлозе (поли(У)-сефарозе). Выделение мРНК можно  проводить и из очищенных полирибосом  инфицированных клеток.

В случае необходимости  получения специфических мРНК, кодирующих индивидуальные структурные белки возбудителя, используют следующий способ. Инфицированные вирусом клетки разрушают механическим путем или химическими методами (использование неионных детергентов). Клеточный лизат освобождают от ядер и митохондрий методом дифференциального центрифугирования и подвергают хроматографии на антительном сорбенте. При этой процедуре с антителами, специфичными к определенному структурному белку возбудителя, связываются полисомы, осуществляющие синтез этого белка. Также может быть использован метод непрямой иммунопреципитации полисом, при котором комплекс антитело - полисома преципитируется из раствора добавлением второго антитела, специфичного к первому. В качестве второго антитела чаще всего берут фиксированные формалином клетки Staphilococcus aureus, на поверхности которых находится так называемый белок А, имеющий сродство к Fc-фрагментам Ig. Из полисом, полученных одним из описанных способов, далее уже выделяют мРНК.

Другой путь выделения  индивидуальных мРНК базируется на свойстве мРНК взаимодействовать с комплементарными ДНК, связанными с твердым носителем (целлюлоза, сефароза, нитроцеллюлозные фильтры). Этот метод отбора и очистки специфических мРНК является самым эффективным. Однако его применение возможно только при наличии соответствующих комплементарных ДНК.

Получение препарата  очищенной мРНК позволяет перейти  к работам по синтезу гена с помощью обратной транскрипции, которую осуществляют с помощью ревертазы AMV в специально подобранных условиях. В процессе обратной транскрипции матрицей служит мРНК, а затравкой олиго(dT_12-18) (для мРНК, имеющих поли(А)-тракт) или химически синтезированный олигонуклеотид, комплементарный 3'-концу мРНК. После синтеза на мРНК комплементарной цепи ДНК и разрушения РНК (чаще используется обработка щелочью) осуществляют синтез второй цепи ДНК. В этой реакции матрицей служит первая цепь ДНК. Реакция может катализироваться как ревертазой, так и ДНК-полимеразой.