CHƯƠNG 7 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG Y – DƯỢC

NỘI DUNG 1. Vaccine 2. Kháng thể đơn dòng 3. Liệu pháp gen Vacxin, dù ở bất ki dạng tồn tại nào, cho dù đó là vacxin nguyên thể, tức là vacxin chứa nguyên vẹn cả tế bào vi sinh vật (vi khuẩn hay virus chẳng hạn), hay vacxin phân tử, tức là vacxin đơn thuần chỉ chứa những thành phần protein có tính kích thích miễn dịch, đều mang một chức nang chung là tạo miễn dịch cho cơ thể người và động vật, phòng chống lại các bệnh truyền nhiễm và nhiều tác nhân gây hại khác. Yếu tố quyết định tính miễn dịch chính là thành phần protein đặc biệt có trên bề mặt của tác nhân gây bệnh, hay trên bề mặt của chế phẩm vacxin của chính tác nhân gây bệnh đó. Thành phần đặc biệt có bản chất là protein này được gọi là kháng nguyên (antigen), do một gen hay một số gen của vi sinh vật quyết định tổng hợp nên.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

1 Vaccine

1.1 Khái niệm về vaccin và miễn dịch

Yếu tố quyết định tính miễn dịch

Yếu tố quyết định tính miễn dịch chính là

thành phần protein đặc biệt có trên bề mặt của bề mặt tác

nhân gây bệnh

nhân gây bệnh, hay trên bề mặt của chế phẩm

vacxin

vacxin của chính tác nhân gây bệnh đó

Thành phần đặc biệt có bản chất là protein này đ ợc gọi là kháng nguyên kháng nguyên (antigen), do một gen hay (antigen),

một số gen của vi sinh vật quyết định tổng hợp nên.

Vacxin, dù ở bất ki dạng tồn tại nào , cho dù đó là vacxin nguyên nguyên

thể , tức là vacxin chứa nguyên vẹn cả tế bào vi sinh vật (vi khuẩn hay virus chẳng hạn), hay vacxin phân tử , tức là vacxin đơn thuần chỉ chứa những thành phần protein có tính kích thích miễn dịch,

đều mang một chức năng chung là tạo miễn dịch cho cơ thể

ng ời và động vật, phòng chống lại các bệnh truyền nhiễm và

nhiều tác nhân gây hại khác.

Những gen chịu trách nhiệm về việc

thống vector thích ứng nào đó, sử dụng

Protein tái tổ hợp đ ợc sản xuất ra,

và miễn dịch , nh ng không còn là vacxin

Những vacxin đ ợc tạo ra bằng kỹ thuật gen nh thế này (nghĩa

là chịu sự thao tác trực tiếp về gen), đ ợc gọi là vacxin tái tổ hợp gen , hay vắn tắt là vacxin công nghệ gen (CNG) Thành phẩm vacxin thuộc loại này đ ợc coi là vacxin thuộc thế hệ mới

Những vacxin thuộc thế hệ cũ là gi? Đó là các loại vacxin tạo ra bằng các ph ơng pháp cổ điển (truyền thống) Để đ ợc là vacxin, thành phẩm đã có bị biến đổi về bản chất (và cả về gen ) nh ng

không chịu sự thao tác trực tiếp

chúng), nếu đ ợc làm giảm độc lực hay vô độc bằng các ph ơng

pháp lý, hoá, hay sinh học (đối với vacxin cổ điển ), hoặc

các ph ơng pháp sinh học phân tử (đối với vacxin thế hệ mới ),

lúc đó chúng không còn khả năng gây bệnh đối với đối t ợng

đ ợc h ởng vacxin (là ng ời và động vật), nh ng khi đ a vào

cơ thể bằng các ph ơng pháp khác nhau , đều có khả năng kích

thích cơ thể sinh miễn dịch thuộc các loại hình nh miễn dịch

dịch thể (humoral immunity) hay miễn dịch qua trung gian tế

bào (cellular-mediated immunity).

Miễn dịch là gì?

Trong cơ thể đã tiếp nhận vacxin, miễn dịch đ ợc tạo ra chính là

sự huy động toàn bộ hệ thống miễn dịch tham gia, bao gồm hệ thống miễn dịch trung ơng và hệ thống miễn dịch ngoại biên,

cũng nh sự tham gia của nhiều loại tế bào có thẩm quyền miễn

dịch khác.

Cơ thể chịu sự kích thích của kháng nguyên (do vacxin đ a đến),

đã cảm ứng sản xuất một loại protein mới có chức năng bảo vệ

và là thành phần tham gia tạo nên miễn dịch cho cơ thể, gọi là

đIều kiện cần của một vacxin

Một vacxin phải có đủ 3 điều kiện chính: an toàn, vô trùng và

có hiệu lực .

An toàn là tiêu chuẩn đánh giá khi sử dụng vacxin trên chính

đối t ợng đ ợc h ởng, tức là vacxin không đ ợc gây bệnh và

không hay ít gây phản ứng có hại

Vô trùng tức là vacxin chỉ chứa duy nhất một hay một vài loại

đ ợc chọn làm vacxin mà không bị nhiễm tạp các loại khác

Hiệu lực: Điều quan trọng nhất là vacxin phải có hiệu lực, tức là vacxin phải kích thích sinh miễn dịch cho cơ thể Tính hiệu lực, thực chất là mức độ biểu hiện gây miễn dịch của kháng nguyên Vacxin có hiệu lực cao hay thấp , tức là nói đến mức độ gây miễn

Nh vậy miễn dịch cho ng ời và động vật là đ ợc con ng ời tạo

quá trinh đáp ứng miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh, khi

qua khỏi, trong cơ thể cũng có thể hinh thành miễn dịch

phải vacxin nào cũng gây miễn dịch chung chống lại mọi tác

nào chỉ có tác dụng tạo kháng thể cho miễn dịch chống lại chính tác nhân gây bệnh đó.

Với một cơ thể đã đ ợc miễn dịch , khi vi sinh vật gây bệnh thật

sự xâm nhập vào, chúng sẽ không thực hiện đ ợc quá trình gây

bệnh và nhanh chóng bị loại trừ khỏi cơ thể Tóm lại vacxin là yếu

tố khởi phát của quá trình đáp ứng miễn dịch, và kháng nguyên là thành phần cơ bản của vacxin

trong huyÕt thanh

Kh¸ng thÓ liªn kÕt víi kh¸ng nguyªn

vµ lo¹i trõ t¸c nh©n g©y bÖnh

II

§ îc miÔn dÞch

Kháng thể (Immunoglobulin)

Chuỗi nặng Chuỗi nhẹ

Vùng liên kết kháng nguyên

Vùng biến đổi

Vùng liên kết kháng nguyên

Vùng không biến đổi

IgG

Kh¸ng thÓ (Immunoglobulin)

Hệ Miễn dịch là gì?

Chúng ta đã biết, một cơ thể ng ời hay động vật có rất nhiều các hệ cơ

quan giúp cho cơ thể hoạt động Dó là các hệ cơ quan chuyên biệt, hoàn chỉnh và hoạt động độc lập Ví dụ: hệ tuần hoàn bao gồm tim, mạch máu, máu…; hệ thần kinh bao gồm não, tuỷ sống, dây thần kinh…

Hệ miễn dịch không phải là một hệ cơ quan độc lập, mà là tập hợp của

các cơ quan , các thành phần cơ quan của cơ thể, và một vài loại tế bào

tham gia quá trinh đáp ứng miễn dịch (các tế bào có thẩm quyền miễn dịch ).

Các cơ quan : Tuỷ x ơng (bone marrow) ; tuyến ức (thymus) ; túi Fabricius

ở loàI chim ( bursa Fabricius ); hạch; lách; mảng Payer ở ruột; các mô

lympho v.v…

Các tế bào : Đại thực bào (macrophage); tế bào Lympho-B ; tế bào

Lympho-T và một số tế bào khác.

T B TuyÕn øc Tói Fabricius vµ t ¬ng ® ¬ng

Kh¸ng thÓ tÕ bµo Kh¸ng thÓ dÞch thÓ

MiÔn dÞch dÞch thÓ MiÔn dÞch trung gian tÕ bµo

§¸p øng miÔn dÞch

Kh¸ng nguyªn

1.2 H ớng chiến l ợc tạo vaccine và phân loại vaccine

♦Có thể phân định 2 h ớng chiến l ợc tạo nên vacxin: đó là

vacxin tạo nên theo công nghệ cổ truyền , hay còn gọi là vacxin

cổ điển (traditional vaccine) và vacxin tạo nên bằng công nghệ sinh học phân tử , hay còn gọi là vacxin thế hệ mới: vacxin CNG (genetically engineered vaccine) Có thể nói vacxin cổ điển đ ợc tạo ra bằng cách gián tiếp , còn vacxin thế hệ mới đ ợc tạo ra

bằng cách trực tiếp tác động vào hệ gen của đối t ợng đ ợc chọn làm vacxin.

♦ Về tính chất sinh học của vacxin, chúng ta có thể phân biệt 3 loại : vacxin vô hoạt (bằng các yếu tố lí, hoá), vacxin “sống” (bao gồm vacxin vô độc và nh ợc độc), và vacxin phân tử (bằng kỹ

thuật gen) Hai loại đầu đ ợc tạo ra bằng công nghệ cổ truyền là chính; loại thứ 3, chỉ đ ợc tạo ra bằng kỹ thuật gen

♦ Về nguồn cung cấp kháng nguyên , xét d ới góc độ tạo miễn tạo miễn dịch cho cơ thể, vacxin có thể đ ợc gom vào một số nhóm sau:

Nhóm vacxin cung cấp kháng nguyên sống đ ợc nhân lên

Vacxin sống vô độc

Vacxin sống nguyên độc

Vacxin sống nh ợc độc

Vacxin thế hệ mới bằng công nghệ gen

Vacxin tái tổ hợp có vectơ dẫn truyền

Vacxin axit nucleic

Vacxin phối hợp với công nghệ chuyển gen thực vật

Vacxin nh ợc độc nhân tạo bằng di truyền ng ợc

Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên không nhân lên

Vacxin vô hoạt

Vacxin chứa protein kháng nguyên tinh chế

Vacxin chứa kháng nguyên là protein đ ợc sản xuất bằng công

nghệ gen

Vacxin tổng hợp

Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên

đ ợc nhân lên

Vacxin “sống” theo đúng nghĩa của nó, là chúng có khả năng

nhân lên , tạo cho cơ thể nguồn kháng nguyên tồn tại lâu bền

trong cơ thể Chủ yếu có 2 loại vacxin chính: vacxin sống vô

độc (live avirulent vaccine) và vacxin sống nh ợc độc (live

attenuated vaccine).

Vacxin sống vô độc : Dó chính là các chủng vi sinh vật : vô độc đ ợc

chọn lọc từ trong quần thể vi sinh vật có trong tự nhiên Chúng hoàn toàn không còn hay chỉ còn tính gây bệnh rất yếu đối với đối t ợng

đ ợc h ởng vacxin Vacxin sống nguyên độc: Là loại hình vacxin đ ợc

chọn lọc và sử dụng khá lâu đời, tạm gọi là vacxin “ nguyên độc ”, và có

độc lực với loài này nh ng an toàn hơn đối với loài khác Thực chất

chúng đ ợc xếp là vacxin “ vô độc ” đối với loài là đối t ợng đ ợc h ởng

vacxin, vì chúng đ ợc phân lập từ loài khác và hoàn toàn không hay có

Vacxin sống nh ợc độc: Là tất cả các loại, mà

thích ứng và nhân lên trên đối t ợng h ởng

Tính c ờng độc (tức là mức độ biểu hiện

khả năng gây bệnh) của chúng bị giảm sút hoặc mất hẳn, và trở nên yếu, đủ điều

kiện để làm vacxin Ng ời ta gọi chúng là

vacxin nh ợc độc Quá trình này đ ợc gọi là

nh ợc độc hoá (attenuation)

Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên

không nhân lên

Đó chính là các loại vacxin vô hoạt , vacxin chứa protein kháng

nguyên tinh chế , vacxin chứa protein kháng nguyên sản xuất

bằng công nghệ gen , hoặc vacxin chứa nhóm quyết định kháng nguyên tổng hợp nhân tạo

Vacxin vô hoạt: Vacxin vô hoạt (inactivated vaccine) hay tr ớc đây còn gọi là vacxin chết (killed vaccines), chính là chế phẩm chứa chính tác nhân gây bệnh nh ng đã bị vô hoạt (giết chết) bằng các ph ơng pháp

khác nhau, chủ yếu là lý học và hóa học

Vacxin chứa protein kháng nguyên tinh chế: Một số vi sinh vật,

trong quá trình nhân lên và gây bệnh có thải ra môi tr ờng một số thành phần protein có thể thu nhận để làm kháng nguyên của vacxin, ví dụ

nh kháng nguyên bề mặt HBsAg (Hepatitis B surface antigen) của virut

Vacxin chứa kháng nguyên là protein đ ợc sản xuất bằng công

nghệ gen: Cũng t ơng tự nh trên, thành phần vacxin chính là protein

kháng nguyên tinh chế , nh ng không phải từ nguồn cung cấp có trong

tự nhiên , mà đ ợc sản xuất bằng công nghệ gen

Vacxin tổng hợp: (synthetic vaccine), là loại chỉ chứa duy nhất một

đoạn ngắn polypeptit kháng nguyên hay còn gọi là nhóm quyết định kháng nguyên Nhóm này có thành phần vào khoảng 8-12 axit amin , nằm

ở nơi nào đó trên bề mặt protein kháng nguyên Do vậy nhóm này còn

đ ợc gọi là epitope , có vai trò quyết định tính kháng nguyên của một loại vacxin Sau khi đ ợc tổng hợp, muốn làm vacxin, chúng phải đ ợc

gắn vào các giá đỡ, đó là các hạt polyme có khả năng hấp phụ cao giá đỡ

Ngoài ra chúng còn đ ợc sử dụng với những loại chất bổ trợ tốt , mới

có khả năng là vacxin đ ợc.

1.3 Giới thiệu một số loại vaccine thế hệ mới

Vacxin thế hệ mới hay vacxin bằng công nghệ gen là các chế

phẩm đ ợc dùng làm vacxin, gây miễn dịch cho ng ời và động

vật, đ ợc tạo ra và sản xuất thông qua các thao tác về kỹ thuật

gen Đó là các loại kỹ thuật liên quan đến cắt, ghép, nối, phân lập, dẫn truyền, biểu thị các đoạn axit deoxyribonucleic, và các gen từ cá thể này sang cá thể khác.

♦ Vacxin tái tổ hợp có vectơ dẫn truyền: Đó là loại vacxin đ ợc tạo ra bằng kỹ thuật gen dựa vào một loại vectơ nào đó, chủ yếu là vi khuẩn hoặc virut thông dụng Tất nhiên, về nguyên lý, loại vi sinh vật làm

vectơ dẫn truyền phải là loại thông dụng cho nhiều loài và phải giảm

độc hoặc vô độc bằng cách cắt bỏ hoặc xóa đi một hay nhiều gen độc bằng kỹ thuật gen.

Vacxin tái tổ hợp vectơ truyền sử dụng virut đậu

Vùng khởi động

Vị trí cắt của enzym giới hạn

Khởi ph át ATG

Kết thúc TAA Gen vacxin

Virus đ ậu tái tổ hợp

điểm mầm

gen kh áng kháng sinh Gen vacxin

Nuôi cấy tế bào

Chọn lọc

Cắt

Nối Gen vacxin

song nhiễm

gây nhiễm

Khi đ a axit deoxy-ribonucleic (ADN) của một loại

plasmid vectơ có chứa gen kháng nguyên vào cơ

hợp ra protein kháng nguyên và kích thích cơ

thể sinh miễn dịch chống lại protein do gen

kháng nguyên kích thích sinh ra.

Vacxin ADN là một loại hình vacxin đặc biệt

deoxyribonucleic của một plasmid vectơ biểu

hệ thống promotor mạnh, đ ợc tạo ra

bằng công nghệ gen Vacxin ADN có u thế lớn

đơn giản và vì vacxin chỉ chứa ADN thuần

♦ Vacxin axit nucleic (vacxin ADN)

DNA Vaccines

plasmid Muscle cell

Gene for

antigen

DNA Vaccines

♦ Vacxin phối hợp với công nghệ chuyển gen thực vật:

Công nghệ sinh học phân tử thực vật cho phép chúng ta chuyển nhiều

gen quý giá vào hệ gen thực vật, tạo nên thế hệ thực vật có u thế mang các gen đó để sản xuất nhiều sản phẩm có lợi Các gen này đ ợc phân

lập, duy trì và cắt -nối - ghép vào các loại plasmid Ti , một loại plasmid dẫn truyền gen ở thực vật và nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens nhằm chuyển gen ngoại lai có giá trị vào thực vật

Xuất phát từ nguyên lý trên, ý định gài một hay nhiều gen kháng nguyên

của vacxin động vật và ng ời vào hệ thống plasmid Ti và A tumefaciens

đã đ ợc thực hiện Sau khi chuyển gen, thực vật thế hệ mới đã

Minh ho¹ ChiÕn l îc thiÕt kÕ vacxin ADN cóm gµ

pCUMGA

(5,5kbp)

ADN GEN KH¸NG NGUY£N (cÇn t¸i tæ hîp vµo vect¬)

ATG Toµn bé ph©n ®o¹n 4: gen HA TGA; TAA pHA

Neuraminidase (NA)

Hemagglutinin (HA)

Description of Influenza virus

A

(M« t¶ c¸c gen) PB2

(M1 and M2) overlapped(NS1 vµ NS2) overlapped

PB1

PA HA

NA

NP

M NS

PB2 PB1 PA HA NA NP M NS

PB2 PB1 PA HA NA NP M NS

Attenuated

Donor Master

Strain

New Virulent Antigenic

Variant Strain

X

Attenuated Vaccine

Strain: Coat of Virulent

strain with Virulence

Tóm tắt các bước di

truyền ngược tạo

giống vaccine NIBRG-14

4 Các plasmid (8 plasmid chứa 8 gen)

cùng tái tổ hợp tạo chủng virus cúm lai

gồm các gen kháng nguyên H5 (bỏ độc)

và gen N1 từ H5N1 chủng Vietnam/1194

cùng với bộ khung 6 gen lấy từ H1N1

chủng PR/8/34

cấy thích ứng trên phôi gà 10 ngày tuổi

2 Kháng thể đơn dòng

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !