فهرست مطالب
اصول طراحی واکسن نوترکیب موضوعی است که در این مقاله میخواهیم به آن بپردازیم. همچنین قرار است انواع واکسن ها را بشناسیم و مثال هایی از واکسن های نوترکیب را با هم مورد مطالعه قرار دهیم. این نوع از واکسن های نوظهور که هر روزه در حال گسترش و پیشرفت هستند، چه کمکی به انسان در آینده خواهند کرد؟ برای پاسخگویی به سوالاتی از این قبیل با ما در این مقاله همراه باشید.
اصول طراحی واکسن
عوامل بیماریزای میکروبی روشهای پیچیده و کارآمدی را برای مقابله و فرار از مکانیسمهای ایمنی ذاتی و سازگار ایجاد کردهاند.
استراتژیهای مورد استفاده توسط عوامل بیماریزا نوع واکنش ایمنی واکسن و نحوه فرمولاسیون واکسن را به شدت تعیین میکند.
دانش پیشرفته در مورد مکانیسم های پاسخ ایمنی موفقیت هایی را در تولید واکسنهایی به وجود آورده که از پاتوژن های چالش برانگیز محافظت میکنند.
همچنین واکسن هایی که میتوانند در جمعیت های دارای نقص ایمنی و سالمندان استفاده شوند.
که شامل تولید آنتی ژن های بسیار خالص است که نسبت به برخی از واکسن های اولیه پاتوژن کامل، واکنش مجدد و ایمنی بهتری را ارائه میدهد.
تلاش موفقیت آمیز برای بهبود خلوص آنتی ژن، میتواند منجر به ضعف ایمنی شود.
جستجوی رویکردهایی برای غلبه بر این، به فناوری های جدیدی مانند واکسن های ناقل زنده، واکسن DNA و فرمولاسیون های کمکی جدید منجر شده است.
که مبتنی بر دانش روزافزون تعامل بین سیستم ایمنی ذاتی و سازگار و نقش اصلی آنتی ژن است.
سلول های ارائه دهنده از میان این فناوری ها، یکی از امیدوار کننده ترین موارد تاکنون مبتنی بر استفاده از ادجوانت های نوآورانه همراه با انتخاب دقیق آنتی ژن است.
بنابراین طراحی واکسن متناسب تر شده و به نوبه خود امکان گسترش کاربرد آن در درمان های ایمنی برای مقابله با بیماری هایی مانند:
سرطان، بیماری آلزایمر و اختلالات واسطه ایمنی را فراهم کرده است.
بیشتر بخوانیم:
نحوه کار واکسن ها در برابر نوع دلتای ویروس کرونا
انواع واکسن
چندین نوع مختلف واکسن وجود دارد.
هر نوع به منظور آموزش سیستم ایمنی بدن شما برای مقابله با انواع خاصی از میکروب ها و بیماری های جدی که ایجاد میکنند، طراحی شده است.
دانشمندان هنگام ایجاد واکسن، موارد زیر را در نظر میگیرند:
· سیستم ایمنی بدن شما چگونه به میکروب پاسخ میدهد
· چه کسی نیاز به واکسیناسیون در برابر میکروب دارد
· بهترین فناوری یا روش ایجاد واکسن
بر اساس تعدادی از این عوامل، دانشمندان تصمیم میگیرند که چه نوع واکسنی را ایجاد کنند. 4 نوع واکسن اصلی وجود دارد:
· واکسن های ضعیف شده زنده
· واکسن غیر فعال
· واکسن های زیر واحد، نوترکیب، پلی ساکارید و مزدوج
· واکسنهای توکسوئید
واکسن نوترکیب ( Recombinant vaccine)
واکسن نوترکیبی واکسنی است که از طریق فناوری DNA نوترکیب تولید میشود.
این واکسن شامل قرار دادن DNA عامل بیماریزا (مانند DNA کد کننده پروتئین سطح باکتریایی) در ویروسی غیر بیماریزا برای انسان است.
این کار باعث تحریک پاسخ ایمنی میشود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، میتوان واکسن های نوترکیب را با روش های مختلف ایجاد کرد.
واکسن های نوترکیب چگونه تولید میشوند؟(اصول طراحی واکسن نوترکیب)
این نوع واکسن ها با کمک سیستم های بیان، مانند باکتری ها، حشرات، مخمر، گیاهان، پستانداران و عاری از سلول تولید میشوند.
مزایا و معایب مختلفی برای هر یک از این انواع سیستم های بیان وجود دارد، اما ما بر بیان باکتری تمرکز خواهیم کرد.
بیان باکتریایی، معمولاً E.coli ، “اسب کار” و محبوب ترین ارگانیسم است که برای بیان پروتئین نوترکیب استفاده میشود.
دلایلی مانند سهولت پردازش بیو و مقیاس سازی، مهندسی فشار، هزینه کمتر و زمان تولید کوتاهتر.
ترکیبی از ژنتیک ساده، سهولت کشت و مقیاس پذیری، بیان سریع و بازده بالا، E.coli را به گزینه ای جذاب تبدیل میکند.
هنگام استفاده از بیان E.coli معایبی وجود دارد که باید به آنها توجه داشته باشید
عدم وجود یک ماشین آلات کارآمد پس از ترجمه، سوگیری استفاده از کدون و مشکل در تولید پروتئین های با وزن مولکولی بالا.
با این حال، یکی از بزرگترین مسائل در بیان E.coli ، که تقریباً به همان بدی بیان کم یا عدم بیان است، بیان نامحلول است.
این پدیده ای است که هنگامی اتفاق میافتد که بیان بیش از حد منجر به تشکیل سنگدانه های نامحلول موسوم به اجسام انسداد شود.
هنگامی که این اتفاق میافتد، میتوانید فرآیند دشواری به نام بازچرخاندن پروتئین in vitro را امتحان کنید و هنوز نتیجه لازم را بدست آورید.
یا میتوانید بهینه سازی را در سطح فرآیند یا مولکول انجام دهید.
در سطح فرآیند، میتوانید روش هایی را اتخاذ کنید که به مهندسی هدف نیازی ندارند.
به عنوان مثال ما میتوانیم با شرایط بیان مانند:
آزمایش سویه های مختلف یا تنظیم شرایط رشد و القا، تغییر رسانه ها، بافرها و بیان مشترک چاپرون و بعضی موارد حتی شرایط لیز سلول را بهبود ببخشیم.
در حالی که انواع مختلفی از واکسن ها وجود دارد که با استفاده از فناوری DNA نوترکیب امکان پذیر است.
واکسن های نوترکیب را می توان به دو دسته عمده تقسیم کرد.
· واکسن DNA
· واکسن های نوترکیب (زیر واحد پروتئین)
واکسن های DNA چیست؟
این واکسن ها معمولاً از DNA مصنوعی حاوی ژن رمزگذاری کننده پروتئین عامل بیماری تشکیل شده اند.
معمولاً DNA پلاسمید که به عنوان واکسن استفاده میشود، در باکتریهایی مانند E. coli تکثیر میشود و برای تزریق جدا و خالص می شوند.
این DNA “برهنه” معمولاً از طریق عضله یا داخل پوست تزریق میشود.
اصل واکسنDNA این است که:
آنتی ژن میتواند مستقیماً توسط سلول های میزبان به روشی بیان شود که عفونت ویروسی را شبیه سازی کرده و پاسخ ایمنی میزبان را فرا میخواند.
این همانند فناوری ایمن سازی DNA GenScript است.
که ابزاری قدرتمند است که به تولید:
آنتی بادی سفارشی علیه پروتئین های غشایی، سایر آنتی ژن های مشکل ساز و همچنین برای مطالعات اولیه تولید واکسن DNA کمک میکند.
تکنیک ایمن سازی DNA اجازه میدهد تا تولید آنتی ژن در داخل بدن، با دور زدن نیاز به تولید و خالص سازی آنتی ژن پروتئین در شرایط in vitro ، رخ دهد.
واکسن های نوترکیب (زیر واحد پروتئین) چیست؟
این واکسن های زیر واحد هستند که فقط کسری از ارگانیسم بیماریزا را شامل میشوند.
غالباً این زمان پپتیدهای مصنوعی هستند که نشان دهنده آن جز protein پروتئینی هستند که باعث ایجاد پاسخ ایمنی میشوند.
اما آنها همچنین میتوانند از زیرواحدهای پروتئینی (آنتی ژن ها) بیان شده در سیستم بیان ناهمگن (E.coli) ، مخمر، حشره و غیره با استفاده از فناوری های بیان پروتئین نوترکیب تشکیل شود.
بیشتر واکسن های تحت بررسی امروزه بر اساس چنین پروتئین های نوترکیب خالص یا زیر واحد آنتی ژن ساخته شده اند.
سیستم های بیان پروکاریوتی برای تولید آنتی ژن واکسن شامل باکتری هایی مانند E. coli و سیستم های یوکاریوتی شامل سلول های پستانداران، مخمر یا حشرات است.
چندین عامل قبل از انتخاب سیستم مناسب برای بیان آنتی ژن واکسن مورد توجه قرار میگیرند
از جمله موارد دیگر سطح بیان، نشانگر انتخاب و وجود یا عدم وجود اصلاحات پس از ترجمه از عوامل اساسی هستند.
که در اثربخشی تولید آنتی ژن های نوترکیب به عنوان واکسن دخالت میکنند.
سیستم های بیان باکتری به دلیل سهولت کار و ظرفیت بیان آنها در سطح بالایی، بسیار مورد استفاده قرار میگیرند.
انتخاب آنتی ژن مناسب یکی از مهمترین مراحل در هر پروژه آنتی بادی سفارشی است.
در بیشتر موارد، دانشمندان یا از آنتی ژن های پروتئینی یا آنتی ژن های پپتیدی برای این منظور استفاده میکنند.
توانایی منحصر به فرد آنها در استخراج آنتی بادی هایی که تایید بومی پروتئین هدف را تشخیص میدهند، آنها را به گزینه ای برتر نسبت به سایر گزینه های آنتی ژن تبدیل میکند.
با توجه به پیچیدگی و اندازه ساختاری، پروتئین ها ذاتاً ایمنی زا قوی هستند.
به آن اضافه شده، آنتی بادی های تولید شده از آنتی ژن های پروتئینی، اپی توپهای ساختاری متعددی را در پروتئین مورد نظر تشخیص میدهند.
این ویژگی در مقایسه با آنتی بادی های ضد پپتید، انتخاب و ویژگی آنتی بادی را افزایش میدهد.
بیان پروتئین E. coli نوترکیب اغلب برای تولید آنتی ژن های پروتئینی برای تولید آنتی بادی استفاده میشود
قطعات آنتی بادی آنتی بادی های مهندسی شده ای هستند که فقط حاوی بخشی از ایمونوگلوبولین هستند.
یک نمونه از گروه قطعات آنتی بادی، قطعه اتصال دهنده آنتی ژن (Fab) است، که ناحیه آنتی بادی است که به آنتی ژن ها متصل می شود.
این نوع قطعه آنتی بادی از یک دامنه ثابت و یک دامنه متغیر از هر یک از زنجیره های زیاد و سبک تشکیل شده است.
نوع دوم گروه قطعه آنتی بادی، ناحیه متبلور قطعه ناحیه FC است که به عنوان ناحیه دم آنتی بادی در نظر گرفته میشود.
این ناحیه با گیرنده های سطح سلول و پروتئین های سیستم مکمل تعامل دارد.
اگرچه این دو گروه اصلی از قطعات آنتی بادی هستند، اما انواع مختلفی وجود دارد که از آنها نام برده نشده است.
مانند scFvs ، VHH / VH که برای کاربردهای تحقیقاتی مختلف نیز مورد استفاده قرار میگیرند.
نمونه واکسن نوترکیب چیست؟
واکسن فعلی ویروس هپاتیت B با بیان آنتی ژن سطح HBV (HBsAg) با استفاده از سیستم بیان مخمر تولید میشود.
مخمر آنتی ژن را در ماده مایع رویی ترشح میکند که باعث تصفیه میشود.
ماشین آلات ترجمه پس از مخمر برای این منظور مناسب است زیرا آنتی ژن را با الگوهای لازم گلیکوزیلاسیون ارائه میدهد.
با بیان ترکیبی، HBsAgبه صورت ذرات ویروسی مانند (VLP) که بسیار ایمنی زا هستند جمع میشود.
و از این طریق یک واکسن بسیار موثر effective است.
نمونه دیگری از واکسن پروتئین نوترکیب، واکسن ضد ویروس پاپیلومای انسانی (HPV) است.
در حال حاضر دو واکسن علیه عفونت HPV وجود دارد.
که هر دو واکسن بر اساس VLP های مونتاژ شده از پروتئین های نوترکیب پوشش HPV ساخته شده اند.
سیستم های بیان پروکاریوتی برای تولید آنتی ژن واکسن شامل باکتری هایی مانند E. coli
و سیستم های یوکاریوتی شامل سلول های پستانداران، مخمر یا حشرات است.
چندین عامل قبل از انتخاب سیستم مناسب برای بیان آنتی ژن واکسن مورد توجه قرار میگیرند
از جمله موارد دیگر، سطح بیان، نشانگر انتخاب و وجود یا عدم وجود اصلاحات پس از ترجمه از عوامل اساسی هستند.
که این عوامل در اثربخشی تولید آنتی ژنهای نوترکیب به عنوان واکسن دخالت میکنند.
سیستم های بیان باکتری به دلیل سهولت کار و ظرفیت بیان آنها در سطح بالایی، بسیار مورد استفاده قرار میگیرند.
با این حال، برای آنتی ژن هایی که در آنها اصلاحات پس از ترجمه لازم است، استفاده از سلول های پستانداران، مخمر یا حشرات در نظر گرفته شده است.
اگرچه واکسن های مبتنی بر پروتئین های نوترکیب مزایای زیادی از جمله ایمنی و اقتصاد تولید را ارائه میدهند.
اما بیشتر آنها از نظر ایمنی ضعیف هستند به تنهایی اداره میشود و از این رو آنها برای ایجاد پاسخ ایمنی با دوام بیشتر نیاز به استفاده از مواد کمکی دارند.
تولید واکسن هپاتیت B نوترکیب
واکسن نورتوکسین بوتولینوم تیپ E
واکسیناسیون داخل پوستی با واکسن DNA سرووتیپ نوروتوکسین بوتولینوم باعث ایجاد ایمنی سلولی و هومورال میشود.
همچنین از چالش سموم کشنده محافظت میکند.
نوروتوکسین های بوتولینوم (BoNTs) تولید شده توسط باکتریهای تشکیل دهنده اسپور، گرم مثبت و بی هوازی کلستریدیوم بوتولینوم سمی ترین مواد شناخته شده هستند و باعث بوتولیسم، فلج شل یا مرگ میشوند.
مراکز کنترل بیماری (CDC) به دلیل کشنده بودن زیاد، BoNT ها به عنوان عوامل گروه A طبقه بندی میشوند.
در حال حاضر هیچ واکسنی برای محافظت در برابر BoNT موجود نیست، بنابراین تولید سریع یک واکسن ایمن و موثر مهم است.
واکسن های مبتنی بر DNA اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده اند زیرا میتوانند به سرعت تولید شوند.
این واکسن ها میتوانند در استراتژی های واکسیناسیون انبوه برای جلوگیری از شیوع بیماری استفاده شوند.
در اینجا، ما در مورد اثر ایمنی و محافظتی یک واکسن DNA گزارش میکنیم.
یک قطعه کربوکسی انتهایی 50 کیلو دالتونی از زنجیره سنگین سروتیپ E BoNTرا رمزگذاری میکنیم.
که از طریق یک مسیر داخل پوستی تحویل میشود.
این واکسن DNA پلاسمید پاسخ های ایمنی خاص BoNT / E خاصیت هومورال و سلولی را ایجاد کرده است.
این واکسن حیوانات را کاملاً در برابر چالش کشنده با BoNT / E محافظت میکند.
این نتایج نه تنها نشان میدهد که واکسن های DNA میتوانند بعنوان کاندیداهای ایمن و موثر برای واکسن ها علیه BoNT توسعه یابند.
بلکه پیشنهاد میکنند یک روش احتمالی برای تولید واکسن هایی باشد که از سموم تهدید کننده زیست محافظت میکنند.
منابع:
https://www.vaccines.gov/basics/types
https://www.genscript.com/recombinant-vaccine.html
https://www.nature.com/subjects/recombinant-vaccine
گردآوری: زهرا پژنده
