ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG SẢN XUẤT VACCINE

Nguyên tắc vẫn không có gì thay đổi: gây miễn dịch bằng một vi khuẩnhoặc virus giảm độc lực, hoặc với một proteinđặc hiệu có tính kháng nguyên để gây ra một đáp ứng miễn dịch, rồi tạo mộ

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG SẢN

XUẤT VACCINE

I.KHÁI QUÁT VỀ VACCINE

1.Lịch sử ra đời của vaccine

2.Định nghĩa

3.Thành phần chủ yếu vaccine

4.Phân loại vaccine

5.Hạn chế của vaccine

II.CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA VACCINE

III.PHƯƠNG PHÁP CHUNG TRONG SẢN XUẤT VACCINE

IV.ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG SẢN XUẤT VACCINE

I KHÁI QUÁT VỀ VACCINE

1 LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA VACCINE

Sau thí nghiệm thành công của Jenner, phương pháp chủng đậu đượctriển khai rộng rãi Tính đến năm 1801, ở Anh đã có trên 100.000 ngườiđược chủng

Bỏ qua những huyền thoại lẻ loi và không chắcchắn trên, vắc-xin đầu tiên gắn với tên tuổi củaEdward Jenner, một bác sĩ người Anh Năm 1796,châu Âu đang có dịch đậu mùa, Jenner đã thực hiệnthành công thử nghiệm vắc-xin ngừa căn bệnh này.Kinh nghiệm dân gian cho thấy những nông dân vắtsữa bò có thể bị lây bệnh đậu bò, nhưng sau khikhỏi bệnh, họ trở nên miễn nhiễm đối với bệnh đậumùa

Dựa vào đó, Jenner chiết lấy dịch từ các vết đậu bò trên cánh tay của côbệnh nhân Sarah Nelmes rồi cấy dịch này vào cánh tay của cậu bé 8 tuổikhỏe mạnh cùng làng tên là James Phipps Sau đó Phipps đã có những triệuchứng của bệnh đậu bò 48 ngày sau, Phipps khỏi hẳn bệnh đậu bò, Jennerliền tiêm chất có chứa mầm bệnh đậu mùa cho Phipps, nhưng Phipps không

hề mắc căn bệnh này Cách làm của Jenner xét theo các tiêu chuẩn y đứcngày nay thật không ổn, nhưng rõ ràng đó là một hành động có tính khaiphá: đứa trẻ được chủng ngừa đã đề kháng được bệnh

Thời của Jenner, các virus vẫn chưa được khám phá, còn vi khuẩn tuy

đã được tìm ra nhưng vai trò gây bệnh của chúng chưa được biết Thời điểm

1798, khi Jener công bố kết quả thí nghiệm của mình, người ta chỉ hình dung

là có các "mầm bệnh" gây nên sự truyền nhiễm

Lần đầu tiên trong lịch sử, con người đã thanh toán được một cănbệnh hiểm nghèo Ảnh chụp năm 1977, Ali Maow Maalin, người Somalia,được xem là bệnh nhân cuối cùng mắc bệnh đậu mùa

Tám mươi năm sau, Louis Pasteurnghiên cứu bệnh tả khi dịch tả đang tànsát đàn gà Ông cấy các vi khuẩn tả trongphòng thí nghiệm rồi đem tiêm cho gà:những con bị tiêm chết sạch Mùa hènăm 1878, ông chuẩn bị một bình dungdịch nuôi cấy vi khuẩn dạng huyền phù,rồi để đó, đi nghỉ mát Khi trở về, ông lạitrích lấy huyền phù đó đem tiêm cho gà.Lần này thì bầy gà chỉ bị bệnh nhẹ rồi cả

đàn cùng khỏe lại Pasteur hiểu ra rằng khi ông đi vắng, đám vi khuẩn tronghuyền phù đó đã bị biến tính, suy yếu đi Ông bèn lấy vi khuẩn tả (bìnhthường) đem tiêm cho những con gà vừa trải qua thí nghiệm trên và nhữngcon chưa hề bị chích vi khuẩn Kết quả là những con nào từng được chích vikhuẩn (biến tính) thì có khả năng đề kháng lại mầm bệnh, bọn còn lại chếthết Qua đó, Pasteur đã xác nhận các giả thuyết của Jenner và mở đường chokhoa miễn dịch học hiện đại.

Từ đó, chủng ngừa đã đẩy lùi nhiều bệnh: triệt tiêu bệnh đậu mùa trêntoàn cầu, thanh toán gần như hoàn toàn bệnh bại liệt, giảm đáng kể các bệnhsởi, bạch hầu, ho gà, bệnh ban đào, thủy đậu, quai bị, thương hàn và uốn vánv.v Nguyên tắc vẫn không có gì thay đổi: gây miễn dịch bằng một vi khuẩnhoặc virus giảm độc lực, hoặc với một proteinđặc hiệu có tính kháng nguyên

để gây ra một đáp ứng miễn dịch, rồi tạo một trí nhớ miễn dịch đặc hiệu, tạo

ra hiệu quả đề kháng cho cơ thể về sau khi tác nhân gây bệnh xâm nhập vớiđầy đủ độc tính

2 ĐỊNH NGHĨA

Vaccine là một chế phẩm sinh học chứa vậtchất của mầm bệnh được gọi là "khángnguyên".Khi đưa vào cơ thể người hoặc động vật

sẽ kích thích cơ thể tạo ra một trạng thái miễndịch, giúp cơ thể chống lại mầm gây bệnh

Dù chế tạo bằng công nghệ nào đi nữa thì vaccine phải bảo đảm bốn

tiêu chuẩn cơ bản sau:

- Không gây phản ứng toàn thân.Có thể có phản ứng cục bộ, nhưng nhữngbiểu hiện lâm sàng phải biến mất 24 giờ sau khi tiêm phòng

- Hiệu lực phòng bệnh cao và kéo dài

- Tiêm nhẹ tay, liều tiêm thấp và bảo quản dễ dàng

- Giá thành hạ

3 THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA VACCINE

Có hai thành phần chủ yếu trong vaccine đó là:Kháng nguyên và chất

bổ trợ vaccine

Kháng nguyên:kháng nguyên được hiểu là một chất khi đưa vào cơ thể

sẽ kích thích cơ thể vật chủ sản sinh kháng thể và tạora mộ lớp tế bào mẫncảm đặc hiệu chống lại sự xâm nhập và gây bệnh của mầm bệnh

- Tính đặc hiệu của kháng nguyên:

Một kháng nguyên taọ được một miễn dịch mạnh, ngoài tính kháng nguyêncao cần phải có tính đặc hiệu rõ nét.Tính đặc hiệu này phụ thuộc vào tínhchất và cấu trúc kháng nguyê

Chất bổ trợ vaccine: Là những chất được bổ sung vào vaccine, có khả

năng kích thích sinh miễn dịch không đặc hiệu nhằm nâng cao hiệu lực và

độ dài miễn dịch của vaccine

- Bổ trợ kết hợp với kháng nguyên làm tăng tính lạ của kháng nguyênkhi vào cơ thể,nên đáp ứng miễn dịch mạnh hơn,quá trình tổng hợp proteincao hơn.Vaccine có bổ sung chất bổ trợ sẽ tạo được miển dịch mạnhhơn ,thời gian miễn dịch kéo dài hơn

4 PHÂN LOẠI VACCINE

Dựa vào thành phần kháng nguyên có trong vaccine, hoặc căn cứ vàohoạt tính của mầm bệnh hoặc công nghệ chế tạo vaccine để phân loạivaccine

4.1 Dựa vào thành phần kháng nguyên

Vaccine thế hệ I – vaccine toàn khuẩn

Vaccine toàn khuẩn có thể bao gồm kháng nguyên thân, vỏ bọc và độc

tố của nấm bệnh sản sinh ra trong quá trình phát triển

Hiện nay loại vaccine này được phát triển chủ yếu ở nước ta nhưvaccine phòng bệnh tụ huyết trùng gia súc, gia cầm, vaccine phòng bệnhphó thương hàn lợn con, vaccine E.coli, vaccine dịch tả lợn

Vaccine thế hệ II- vaccine tiểu phần

Trong vacxin chỉ chứa một số thành phần gây bệnh của mầm bệnhnhư vaccine E coli chứa kháng nguyên F4 ,F5, F6, F18, hoặc F14 của vi khuẩnE.coli dùng phòng bệnh tiêu chảy lợn con, nghé, bê, phòng bệnh phù đầu

lợn con, vaccine chứa kháng nguyên VP2 của Gumboro phòng bệnhGumboro của gà .

Vaccine thế hệ III-Vaccine tái tổ hợp

Vaccine tái tổ hợp được sản xuất bằng nghệ gen (genetic engeneering)như vaccine tái tổ hợp phòng bệnh cúm gia cầm H5N1, vaccine tái tổ hợpLMLM v.v

Thành phần hóa học của các kháng nguyên vi sinh vật trong vaccinethế hệ I, thế hệ II và thế hệ III đểu là protein ( kháng nguyên toàn khuẩn,kháng nguyên lông, kháng nguyên ADN ), polisaccharit ( kháng nguyên vỏbọc), lipopolisaccharit ( kháng nguyên thân, kháng nguyên fimbria)

Trong các loại kháng nguyên kể trên, các kháng nguyên có bản chất làprotein và lipopolisaccharit có tính kháng nguyên mạnh và có tính đặc hiệucao

Còn kháng nguyên có bản chất là polysacchande thường có phản ứngchéo với nhau, vì cò những nhóm đường cấu tạo nên các quyết định khángnguyên giống nhau

4.2 Dựa vào hoạt tính của mầm bệnh

Trong nhóm này có hai loại vaccine: vaccine vô hoạt và vaccine nhược độc

 Vaccine.vô hoạt

Vaccine vô hoạt là vaccine chứa mầm bệnh- kháng nguyên đã được vô hoạt bằng các yếu tố vật lý như: Nhiệt độ, tia tử ngoại, sóng siêu âm; bằng

các hóa chất như: Các loại thuốc nhuộm,các axit, formol v.v

 Vaccine vô hoạt không có bổ trợ

Loại vaccine này còn được gọi là bacterin Vaccine bacterin chỉ chứa một thành phần chủ yếu là kháng nguyên Công nghệ chế tạo bacterin

khá đơn giản phù hợp với các nước có trình độ chế tạo vaccine đơn giản, cógiá thành hạ Song hiệu lực vaccine này thấp, độ dài miễn dịch ngắn Hiệnnay loại vaccine này được sản xuất rất ít, thường sản xuất dạng vaccinechuồng cho một số cơ sở có yêu cầu

*Vaccine vô hoạt có bổ trợ vaccine

Trong vaccine này ngoài kháng nguyên đã được vô hoạt còn có bổ trợ vaccine Các bổ trợ vaccine hiện nay thường dùng là keo phèn, phèn chua

và bổ trợ dầu khoáng

 Vaccine nhược độc

Vaccine nhược độc là vacine chứa mầm bệnh được làm nhược độc hoặc

vô độc, nhưng vẫn bảo toàn tính khàng nguyên

Do vậy, vaccine chưa phải là vũ khí vạn năng để đối phó với bệnh tật.

- Hiệu quả của vaccine cũng khó đánh giá chính xác Kết quả nghiên cứu trên động vật không thể áp dụng 100% cho loài người, vì những đặc điểm riêng của từng loài

+ Trên lý thuyết, phương pháp duy nhất để chứng minh hiệu quả là lấy 2

nhóm người, một nhóm được tiêm chủng, một nhóm không rồi truyền mầmbệnh cho cả hai nhóm để xem kết quả Dĩ nhiên phương pháp này không thể

sử dụng được vì trái đạo đức Do đó, người ta biến hóa đi một chút, cũngchia ra 2 nhóm được chủng và không được chủng như trên nhưng khôngtruyền bệnh mà chỉ quan sát sự nhiễm bệnh qua các ngã thông thường

+ Hạn chế của phương pháp này là nếu một vaccine tỏ ra có hiệu quả, người

ta không thể triển khai nghiên cứu trên quy mô rộng để tính chính xác hiệuquả vì như thế một số lớn quần chúng sẽ bị thiệt thòi do không được bảo vệ

- Bởi vậy, khi một vaccine được xem là có hiệu quả, người ta đem tiêmchủng cho mọi người và quan sát sự giảm số người mắc bệnh Tuy nhiên,ngay cả khi một bệnh có chiều hướng giảm xuống, người ta cũng không biếtvai trò thật sự của vắc-xin, thí dụ tần suất bệnh lao đã giảm rất nhiều, nhưngvai trò của các biện pháp vệ sinh, cách ly nguồn lây cũng rất đáng kể (Đểhiểu rõ hơn cách đánh giá hiệu quả, xem thêm bài khoa học thống kê.)

- Tính kém hiệu quả của vaccine có thể biểu hiện về mặt chất ( đáp ứng miễn dịch không thích hợp) hoặc về mặt lượng (không có đáp ứng miễn dịch).

+ Nguyên nhân gây kém hiệu quả về lượng:

 Các "lỗ hổng" trong kho tàng miễn dịch: trên lý thuyết, các tế bào

lympho B có thể tạo ra hơn 1012 loại kháng thể đặc hiệu [1], cònlympho T có thể nhận diện trên 1015 kháng nguyên khác nhau , nhữngcon số này tuy rất lớn nhưng không phải là vô hạn, hệ miễn dịchkhông thể chống lại mọi thứ

 Hiệu quả của vaccine còn tùy thuộc vào thời gian bảo vệ: trí nhớ

miễn dịch có thể tồn tại suốt đời nhưng sự sản xuất kháng thể thìkhông nếu không được tái kích thích

 Đột biến của tác nhân gây bệnh: đây là cơ chế sinh tồn của các tác

nhân gây bệnh Đột biến đẩy hệ miễn dịch vào một cuộc rượt đuổitrường kỳ Tiêu biểu cho cơ chế này là HIV, virus sốt xuất huyết,virus cúm với nguy cơ đại dịch cúm gia cầm hiện nay

+ Nguyên nhân gây kém hiệu quả về chất:

 Vai trò của phụ gia: để giảm tác dụng không mong muốn của

vaccine, người ta thường tinh lọc các chế phẩm, nhưng có nhữngvaccine quá tinh khiết lại trở nên kém hiệu quả Đó là do hệ miễn dịchmuốn được kích hoạt, phải nhận được một tín hiệu báo nguy, tín hiệunày thường không phải là kháng nguyên dùng làm vắc-xin Để khắcphục, người ta dùng một số loại phụ gia trong chế phẩm vắc-xin Thí

dụ phụ gia Freund, nhôm hyđrôxít, nhôm phosphate hoặc trộn lẫn cácvaccine với nhau

 Loại phản ứng miễn dịch và hiện tượng chuyển hướng miễn dịch:

đối với các tác nhân gây bệnh ngoại bào, đáp ứng miễn dịch dịch thể

là thích hợp (loại đáp ứng này được sự hỗ trợ của các tế bào lymphoTh1) Ngược lại, đáp ứng miễn dịch tế bào (cần sự hỗ trợ của lymphoTh2) lại hữu hiệu cho các tác nhân gây bệnh nội bào Do đó, nếuvaccine gây được đáp ứng miễn dịch nhưng không đúng loại đáp ứngnên có, hiệu quả cũng không được bảo đảm Th1 và Th2 có xu hướngkhắc chế lẫn nhau Vaccine kinh điển có xu hướng tạo đáp ứng Th1

Do đó đối với những bệnh do tác nhân nội bào như nhiễm leishmania,miễn dịch đặc hiệu sau lành bệnh lại tốt hơn vắc-xin, vì vaccine lạigây hiệu quả ngược, kiềm hãm phản ứng bảo vệ

*Tai biến khi dùng vaccine

Có hai loại tai biến: nhiễm bệnh và các bệnh miễn dịch.

- Nhiễm bệnh

 V accine sống, giảm độc lực có thể gây bệnh cho người bị suy giảm miễn dịch

 Nguy cơ hồi phục của tác nhân vi sinh: một tác nhân bị làm giảm

độc lực tìm lại được độc tính của mình Nguy cơ này ở vắc-xin ngừabại liệt là 10-7, nghĩa là cứ 10 triệu trẻ em uống v accine Sabin thì có 1

em bị tai nạn loại này Điều không may này không ngăn cản được việc

sử dụng vắc-xin này bởi lẽ tỷ lệ đó được xem là chấp nhận được

 Nguy cơ nhiễm các tác nhân gây bệnh khác vào trong chế phẩm vaccine Điều này có thể hạn chế bằng các quy trình sản xuất, bảo

quản và sử dụng chặt chẽ

- Bệnh miễn dịch

 Thử nghiệm vaccine phòng bệnh dại trên cừu cho thấy có xác suất gây EAE, một bệnh tự miễn trên hệ thần kinh khoảng 1/3000-1/1000.Lý do có thể là vắc-xin chiết xuất từ não chó đã mang theo cảnhững mẩu protein của tế bào thần kinh, khi tạo miễn dịch, cơ thể

(được tiêm)đã tạo ra cả kháng thể chống lại cấu trúc thần kinh củamình

 Vaccine ngừa ho gà có thể gây sốc kèm di chứng thần kinh với xác suất 10-4-10-6 Việc tinh lọc vaccine này làm tăng mức an toàn nhưngmột lần nữa, giảm hiệu quả

II CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA VACCINE

- Hệ miễn dịch nhận diện vắc-xin là vật lạ nên hủy diệt và "ghi nhớ" chúng

- Về sau, khi tác nhân gây bệnh thực thụ xâm nhập cơ thể, hệ miễn dịch đã ở tư thế sẵn sàng để tấn công tác nhân gây bệnh nhanh chóng hơn và hữu hiệu hơn (bằng cách huy động nhiều thành phần của

hệ miễn dịch, đặc biệt là đánh thức các tế bào lympho nhớ) Đây chính làcác ưu điểm của đáp ứng miễn dịch đặc hiệu

III.PHƯƠNG PHÁP CHUNG SẢN XUẤT VACCINE

Tạm hiểu đơn giản việc sản xuất theo cách:

Cách sản xuất cổ điển: Lấy chính vi khuẩn gây bệnh, làm giảm độc lực (tạm gọi là kháng nguyên) tiêm vào người thì chúng không đủ sức gây bệnh mà kích thích cơ thể tạo ra chất miễn dịch (gọi là kháng thể) Lần sau gặp lại vi khuẩn, kháng thể chống lại nên cơ thể không mắc bệnh Cách sản xuất hiện đại: Chỉ lấy một ít kháng nguyên ở vi khuẩn gây bệnh, “cấy” vào một vi khuẩn lành tính, làm cho nó sinh sôi nảy nở, rồi

“chiết” kháng nguyên từ vi khuẩn lành tính đó ra làm vacxin Cách điều

chế bằng “công nghệ sinh học” này chỉ dùng một lượng kháng nguyên nhỏ,

đỡ tốn kém, chỉ cần dùng một liều rất nhỏ

Với hai nguyên lý sản xuất trên, không bao giờ dùng vacxin mà mắcchính các bệnh do vi khuẩn đó gây ra Nhưng không phải vacxin nào cũngđiều chế theo “công nghệ sinh học” được Virus cúm týp A hay biến đổi, nếuchỉ lấy kháng nguyên của một chủng nhất định để điều chế theo “công nghệsinh học”, tạo ra một loại vacxin có tính ổn định Khi tiếp xúc với các chủngcúm týp A mới, đã biến dị thì vacxin ổn định này lại không có hiệu lực.Hàng năm WHO dự báo chủng cúm týp A có thể gây dịch, khuyến cáo dùngloại vacxin chống cúm nào là thích hợp

IV.ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG SẢN XUẤT VACCINE

4.1 DNA TÁI TỔ HỢP

ADN tái tổ hợp là phân tử ADN được tạo thành từ hai hay nhiều trình

tự ADN của các loài sinh vật khác nhau Trong kỹ thuật di truyền, ADN tái tổ hợp thường làđược tạo thành từ việc gắn những đoạn ADN có nguồn gốc khác nhau vào trong vectơ tách dòng Những vectơ tách dòng mang ADN tái tổ hợp này có thể biểu hiện thành các protein tái tổ hợp trong các sinh vật.

Thí dụ một số dược phẩm là hormone peptide được tạo ra từ công nghệADN tái tổ hợp là insulin, hormone tăng trưởng, và oxytocin Những vắc-xincũng có thể được sản phẩm bằng phương thức này Sinh vật chủ được sử

dụng phổ biến nhất trong công nghệ ADN này là Escherichia coli.

vaccine, dựa trên nguyên lý một gen mã hóa cho protein kháng nguyên đặchiệu được tiêm vào vật chủ (tế bào động vật hoặc vi sinh vật) để sản xuất cáckháng nguyên này và khởi động một phản ứng miễn dịch Nhiều vaccinephòng virus hiện nay (sởi, bại liệt, dại…) đều được sản xuất từ nuôi cấy tếbào động vật mà không phải là tế bào vi sinh vật

Vắc xin ADN dùng chất liệu di truyền của vi sinh vật; đặc biệt các gen mã hoá kháng nguyên quan trọng.