Abstrakt:

„Od kiedy Edward Jenner w udowodnił, że kobiety mające kontakt z wirusem krowianki nie chorują na ospę prawdziwą rozpoczęła się nowa era w walce o zdrowie ludzi i zwierząt- era szczepień ochronnych.

Organizm ludzki nabył w toku ewolucji szereg sposobów walki z atakującymi go patogenami. Najważniejszym elementem obrony organizmu jest układ immunologiczny, który przez swoje mechanizmy efektorowe stoi na straży zdrowia i dobrej kondycji organizmu. Po kontakcie z patogenem zapoczątkowywana jest cała kaskada reakcji mająca na celu jego zneutralizowanie. Istnieje umowny podział odpowiedzi immunologicznej na nieswoistą i swoistą. Nieswoista jest pierwszą linią obrony i ma na celu zniszczenie wirusa, bakterii bądź pasożyta bez dokładniejszego jego identyfikowania. W skład tego rodzaju odpowiedzi wchodzą komórki żerne, lizozym i układ dopełniacza. Odpowiedź swoista rozwija się wolniej i jest skierowana przeciwko konkretnemu patogenowi i również ma na celu jego wyeliminowanie. Kolejnym podziałem odpowiedzi immunologicznej jest podział na odpowiedź komórkową i humoralną. Z odpowiedzą typu humoralnego związane są przeciwciała skierowane bezpośrednio przeciwko konkretnemu antygenowi. Odpowiedź ta rozwija się najczęściej w przypadku pasożytów i bakterii zewnątrzkomórkowych. W skład odpowiedzi komórkowej wchodzą głównie limfocyty T, które bezpośrednio reagują z obcymi antygenami. Podział odpowiedzi na humoralną i komórkową jest umowny, gdyż oba te mechanizmy współdziałają ze sobą, a antygeny z reguły wywołują oba typy odpowiedzi, choć często z przewagą jednej bądź drugiej. To, które mechanizmy efektorowe (humoralne czy komórkowe) zostaną uruchomione po kontakcie z antygenem zależy głównie od samego antygenu, ale i od sposobu jego podania, a także od predyspozycji osobniczych, gdyż dwa osobniki tego samego gatunku mogą zareagować inaczej.”
,br.

1. Odporność nieswoista.
2. Odporność swoista, pamięć immunologiczna.
3. Stężenie przeciwciał podczas pierwotnej i wtórnej odpowiedzi immunologicznej.
4. Jak działa szczepionka?
5. Podział szczepionek
6. Umowny podział szczepionek
7. Szczepionki nowej genracji
8. Oparte o rekombinowane antygeny
9. Odwrotna wakcynologia
10. Odwrotna wakcynologia i krok dalej
11. Szczepionki DNA
12. Parametry poszczególnych szczepionek nowej generacji
13. Schemat działania szczepionki DNA
14. Podsumowanie

Wstęp  

Od kiedy Edward Jenner w udowodnił, że kobiety mające kontakt z wirusem krowianki nie chorują na ospę prawdziwą rozpoczęła się nowa era w walce o zdrowie ludzi i zwierząt- era szczepień ochronnych.

            Organizm ludzki nabył w toku ewolucji szereg sposobów walki z atakującymi go patogenami. Najważniejszym elementem obrony organizmu jest układ immunologiczny, który przez swoje mechanizmy efektorowe stoi na straży zdrowia i dobrej kondycji organizmu. Po kontakcie z patogenem zapoczątkowywana jest cała kaskada reakcji mająca na celu jego zneutralizowanie. Istnieje umowny podział odpowiedzi immunologicznej na nieswoistą i swoistą. Nieswoista jest pierwszą linią obrony i ma na celu zniszczenie wirusa, bakterii bądź pasożyta bez dokładniejszego jego identyfikowania. W skład tego rodzaju odpowiedzi wchodzą komórki żerne, lizozym i układ dopełniacza. Odpowiedź swoista rozwija się wolniej i jest skierowana przeciwko konkretnemu patogenowi i również ma na celu jego wyeliminowanie. Kolejnym podziałem odpowiedzi immunologicznej jest podział na odpowiedź komórkową i humoralną. Z odpowiedzą typu humoralnego związane są przeciwciała skierowane bezpośrednio przeciwko konkretnemu antygenowi. Odpowiedź ta rozwija się najczęściej w przypadku pasożytów i bakterii zewnątrzkomórkowych. W skład odpowiedzi komórkowej wchodzą głównie limfocyty T, które bezpośrednio reagują z obcymi antygenami. Podział odpowiedzi na humoralną i komórkową jest umowny, gdyż oba te mechanizmy współdziałają ze sobą, a antygeny z reguły wywołują oba typy odpowiedzi, choć często z przewagą jednej bądź drugiej. To, które mechanizmy efektorowe (humoralne czy komórkowe) zostaną uruchomione po kontakcie z antygenem zależy głównie od samego antygenu, ale i od sposobu jego podania, a także od predyspozycji osobniczych, gdyż dwa osobniki tego samego gatunku mogą zareagować inaczej.

            Odporność nieswoista

            Mechanizmy efektorowe odpowiedzi nieswoistej bardzo szybko są w stanie zareagować na obecność intruza. Dzieje się tak dzięki PAPMP (Pathogen Associated Molecular Patterns, pol. uniwersalne wzorce patogenności). Wirusy, bakterie, grzyby i pasożyty posiadają biomolekuły, które są całkowicie różne od zwierzęcych, co powoduje, że mogą być łatwo zidentyfikowane i być niejako sygnałem alarmowym, że w organizmie znajduje się patogem. Do cząsteczek tych należy np. LPS (lipopolisacharyd)- wchodzi w skład ścian komórkowych bakterii, dsRNA ( dwuniciowe RNA)- obecne tylko w cząsteczkach wirusowych, zymosan, charakterystyczny dla drożdży, kwas lipotejchojowy- charakterystyczny dla wielu bakterii. Cząsteczki, które zdolne są do rozpoznawania PAMP to tzw. Toll- podobne (ang. Toll like receptor). Scharakteryzowano szereg receptorów Toll podobnych. Mogą być to receptory wydzielnicze (po połączeniu z określonym PAMP ułatwiają fagocytozę, działają jak opsoniny). Obecne są na komórkach fagocytujących oraz na komórkach nabłonkowych (np. jamy ustnej, układu oddechowego, pokarmowego). Stanowią one pierwszą linie rozpoznania i obrony przed patogenami. Po rozpoznaniu dla siebie ligandu wydzielają chemokiny, które przyciągają do miejsca zakażenia komórki układu odpornościowego. Tu komórki układu immunologicznego ulegają aktywacji i rozpoczyna się kaskada reakcji mająca na celu zniszczenie mikroorganizmu. Często rozpoczyna się to stanem zapalnym, a mikroorganizmy mogą być zniszczone przez defensyny, wybuch tlenowy , bądź fagocytozę.

    Odporność swoista, pamięć immunologiczna

Jak już wspomniano pierwszą linią obrony organizmu przeciw patogenom jest odporność nieswoista, która działa szybko, choć niespecyficznie. Równolegle do niej rozwija się odpowiedź swoista. W organizmie krąży szereg limfocytów T oraz B, które napływają do ogniska zapalnego, a te które mają na swojej powierzchni receptory „pasujące” do antygenów mikroorganizmu zostają aktywowane i ulegają podziałom. Po takim procesie w organizmie znajdują się limfocyty posiadające receptory specyficznie rozpoznające dany patogen i po ponownym kontakcie z antygenem, komórki te są gotowe do działania i nie wymagany jest czas (jak podczas odpowiedzi pierwotnej) na „uczenie się” rozpoznawania antygenu. Po za tym w miarę upływu czasu limfocyty B proliferując ulegają mutacjom somatycznym i powinowactwo przeciwciał zwiększa się. Pamięć immunologiczna trwa całe życie [1].

   

Stężenie przeciwciał podczas pierwotnej i wtórnej odpowiedzi immunologicznej

 

Rys. 1 Stężenie przeciwciał podczas pierwotnej i wtórnej odpowiedzi immunologicznej [1 Zmodyfikowane]

 

Pamięć immunologiczna jest kluczowym elementem, który pozwala na konstrukcję szczepionek. Jak wcześniej wspomniano Edward Jenner zaobserwował, że kobiety mające kontakt z wirusem krowianki nie chorowały na ospę prawdziwą. Poddał chłopca z sierocińca działaniu tego samego wirusa, a następnie działaniu wirusa ospy prawdziwej ( bardzo niebezpiecznej wówczas choroby). Choć etyczny aspekt jego badań jest dyskusyjny efekty były piorunujące. Została opracowana pierwsza na świecie szczepionka. Ostatni przypadek ospy prawdziwej w Wielkiej Brytanii został odnotowany w latach 20 tych XX wieku, a na Świecie w październiku 1977 roku w Somalii.

 
Jak działa szczepionka??  

            Bakteria, wirus, czy pasożyt to setki, tysiące różnych antygenów i epitopów. Po wniknięciu do organizmu komórki układu odpornościowego uczą się je rozpoznawać i produkować specyficzne przeciwciała. Z uwagi na pamięć immunologiczną po ponownym kontakcie z patogenem mają gotowy oręż do walki z nim. Wirus krowianki jest na tyle różny od ospy prawdziwej, że nie powoduje u ludzi tych samych objawów, ale w gruncie rzeczy na poziomie molekularnym wirusy te są na tyle podobne, że mają wiele takich samych antygenów. Organizm mający kontakt z wirusem krowianki nie jest narażony na śmierć i ma czas na wytworzenie odpowiednich przeciwciał przeciwko wirusowi. Po tej ekspozycji, jeśli nastąpi kontakt z wirusem ospy prawdziwej, nie traci on czasu na „ uczenie się” rozpoznawania wirusa, ale dysponuje gotową bronią w postaci przeciwciał i receptorów limfocytów T.

  Podział szczepionek

Dla potrzeb niniejszego artykułu właściwe wydaje się wprowadzenie podziału na szczepionki tradycyjne i nowej generacji. Każdy rodzaj i typ  tych preparatów ma swoje wady i zalety.

Szczepionki oparte o żywe organizmy zawierają pełny komplet antygenów i jest to prawie w pełni odwzorowanie infekcji drobnoustroju zjadliwego. Podanie jednej nawet dawki takiej szczepionki może powodować odporność [1]. Wyróżnia się kilka rodzajów szczepionek opartych o żywe organizmy. Do pierwszej kategorii można zaliczyć szczepionkę opracowaną przez Edwarda Jennera, który podał wirus homologiczny do wirusa zjadliwego. Można również podawać szczepy zjadliwe w jakiś sposób osłabione. Proces taki nazywamy atenuacją. W zależności od sposobu osłabiania mikroorganizmu atenuację możemy podzielić na losową lub ukierunkowaną. Ta pierwsza polega na poddawaniu mikroorganizmu czynnikom bądź warunkom stresowym, które osłabią go na tyle, że nie będzie on w stanie wywołać objawów chorobowych. Atenuacja ukierunkowana polega natomiast na konkretnym wyłączeniu genu warunkującego zjadliwość lub uniemożliwienie namnażania się mikroorganizmu. Używane są tutaj zaawansowane metody biologii molekularnej i inżynierii genetycznej w celu osiągnięci zamierzonego celu. Szczepionki oparte o martwe patogeny są nieco mniej skuteczne i z reguły potrzeba klika dawek w celu wywołania trwałej odporności. Są jednak bezpieczniejsze, gdyż całkowicie wyklucza się mutację, która spowodowałby odzyskanie zjadliwości.

Umowny podział szczepionek  

Szczepionki tradycyjne	Oparte o żywe organizmy
	Oparte o martwe organizmy
Szczepionki nowej generacji	Oparte o rekombinowane antygeny
	Szczepionki DNA
	Szczepionki jadalne
	Szczepionki oparte o wektory bakteryjne bądź wirusowe

    Szczepionki nowej genracji

            Jakkolwiek szczepionki tradycyjne z powodzeniem spełniają swoją rolę i uratowały ludzkość od wielu cierpień, są choroby, których nie daje się wyeliminować w oparciu o ich zastosowanie. Po za tym w szczepionkach tradycyjnych podawane są żywe lub martwe patogeny, co sprawia, że organizm ludzki ma kontakt z tysiącami antygenów, co sprawia, że przewidzenie wszystkich skutków jest praktycznie niemożliwe. Największym zagrożeniem są tutaj nietolerancja osobnicza i możliwość wystąpienia reakcji alergicznych. Nowoczesne szczepionki mają składać się z jednego lub kilku antygenów dokładnie przebadanych i podanych w odpowiedni sposób. Kolejną przeszkodą, z która nie radzą sobie szczepionki tradycyjne jest czasami niemożność otrzymania materiału biologicznego na skalę przemysłową. Nastręcza to problemu głównie, jeśli chodzi o szczepionki przeciwko pasożytom, które mają skomplikowane cykle rozwojowe, jednego lub kilku żywicieli pośrednich i w przeciwieństwie do bakterii nie mogą być namażane in vitro.

Schemat uzyskiwania rekombinowanego antygenu protekcyjnego


       
Rys. 2. cDNA wyodrębnionego białka protekcyjnego łączone jest z DNA plazmidu ekspresyjnego w reakcji ligacji. Rekombinownay plazmid zawierający cDNA antygenu protekcyjnego wprowadzony jest do bakterii ( najczęściej E. coli). cDNA w komórkach bakteryjnych ulega transkrypcji, translacji i powstaje białko protekcyjne połączone z sześcioma histydynami. Umożliwiają one oczyszczanie białka na kolumnie z jonami niklu metodą chromatografii powinowactwa

Oparte o rekombinowane antygeny

---

Piotr Bąska

Piotr Bąska - absolwent Międzywydziałowego Studium Biotechnologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Od maja 2006 doktorant w Zakładzie Parazytologii i Inwazjologii Katedry Nauk Przedklinicznych Wydziału Medycyny Weterynaryjnej Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego
Obszar badań: parazytologia molekularna, immunologia, bioinformatyka.