Глава 6. Профилактические и диагностические средства биотехнологического производства

Вакцины — это лекарственные средства для профилактики или лечения заболеваний, приготовленные из убитых или ослабленных болезнетворных микроорганизмов или их токсинов. Введение вакцины в организм человека или животного вызывает иммунную реакцию. Происходит образование антител лимфоцитными клетками организма, которые сохраняют в памяти эту способность. При повторном попадании этого же вируса (антигена) в организм происходит образование комплекса «антиген–антитело», который, в свою очередь, узнается организмом и утилизируется: происходит формирование устойчивости организма к патогенным микроорганизмам (вирусам).

Антиген — любая химическая структура, против которой можно получить антитело (вирусы, клетки живых и мертвых бактерий, белки, аминокислоты, пестициды и т.д.).

Антитело — белки сыворотки крови, которые выделяются в ответ на появление антигена как проявление иммунитета.

В состав вакцины входят следующие компоненты:

• действующий компонент — специфические антигены;
• консервант, определяющий стабильность вакцины при ее хранении;
• стабилизатор, продлевающий срок годности вакцины;
• полимерный носитель, повышающий иммуногенность антигена (под иммуногенностью понимают свойство антигена вызывать иммунный ответ).

В качестве антигена можно использовать:

• живые ослабленные микроорганизмы;
• неживые, убитые микробные клетки или вирусные частицы;
• антигенные структуры, извлеченные из микроорганизма;
• продукты жизнедеятельности микроорганизмов (вторичные метаболиты, например токсины).

В соответствии с природой специфического антигена выделяют живые, неживые и комбинированные вакцины.

Живые вакцины получают:

• из естественных штаммов микроорганизмов с ослабленной для человека вирулентностью, но содержащих полный набор антигенов (например, вирус оспы);
• из искусственных ослабленных штаммов микроорганизмов;
• генно-инженерным способом (для получения таких вакцин используют штамм микроорганизма, несущий ген чужеродного антигена, например вирус оспы со встроенным антигеном гепатита B).

Неживые вакцины разделяют на следующие виды.

• Молекулярные и химические вакцины. Молекулярные вакцины получают на основе специфического антигена, который находится в молекулярном виде. Эти вакцины могут быть получены путем химического синтеза или биосинтеза. Примерами молекулярных вакцин могут служить анатоксины (анатоксин — это бактериальный экзотоксин, потерявший токсичность в результате длительного воздействия формалина, но сохранивший антигенные свойства, например дифтерийный токсин, столбнячный токсин, ботулинический токсин).
• Корпускулярные вакцины. Их получают из целой микробной клетки, которая деактивизирована температурой, ультрафиолетовым облучением или химическими методами, например спиртом.

Комбинированные вакцины

Такие вакцины состоят из нескольких отдельных вакцин, т.е. это поливакцины, способные иммунизировать сразу от нескольких инфекций. В качестве примера можно назвать поливакцину АКДС, содержащую дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшные корпускулярные антигены. Эта вакцина, как известно, широко применяется в педиатрической практике.

Рассмотрим подробнее токсины как продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

Первая группа токсинов — экзотоксины. Экзотоксины — это белковые вещества, выделяемые клетками бактерий во внешнюю среду. Они в значительной степени определяют болезнетворность микроорганизмов. Экзотоксины в своем строении имеют два центра. Один из них фиксирует молекулу токсина на соответствующем клеточном рецепторе, второй — токсический фрагмент — проникает внутрь клетки, где блокирует жизненно важные метаболические реакции. Экзотоксины могут быть термолабильными или термостабильными. Известно, что под действием формалина они теряют токсичность, но сохраняют иммуногенные свойства. Такие токсины называются анатоксинами (примеры анатоксинов — дифтерийный, столбнячный, газовой гангрены, ботулинический).

Вторая группа токсинов — это эндотоксины. Эндотоксины — структурные компоненты грамотрицательных бактерий, представляющие собой липополисахариды клеточной стенки. Эндотоксины менее токсичны и разрушаются при нагревании до 60–80 °С в течение 20–25 мин. Эндотоксины выходят из клетки бактерии при ее разложении. При введении в организм эндотоксины вызывают иммунный ответ. Путем иммунизации животных чистым эндотоксином получают сыворотку. Однако эндотоксины относительно слабо иммуногенны, и полученная сыворотка не может обладать высокой антитоксической активностью.

В настоящее время половина всех применяемых на практике вакцин относится к живым вакцинам бактерийного и вирусного происхож­дения.

Живые вакцины бактерийного происхождения, применяемые для профилактики сибирской язвы, чумы, туберкулеза и других заболеваний, получают биотехнологическим методом в ферментере, выращивая чистые ослабленные культуры. Существует четыре основные стадии получения живых бактерийных вакцин: выращивание, стабилизация, стандартизация и лиофильное высушивание. В этих случаях штаммы продуцентов выращивают на жидкой питательной среде в ферментере вместимостью до 1–2 м³.

Живые вакцины вирусного происхождения, применяемые для профилактики оспы, кори, гриппа, краснухи, полиомиелита и других инфекций, получают путем культивирования штамма микроорганизмов в курином эмбрионе или в культурах животных клеток.

Неживые вакцины, молекулярные или корпускулярные, применяемые для профилактики бактерийных инфекций (коклюша, дизентерии, холеры, брюшного тифа, сыпного тифа, а также вирусных инфекций, например герпеса) получают следующим образом: