Біотехнологія виготовлення вакцин
Біотехнологія виготовлення вакцин
Коротка історія появи вакцин
Під загальною назвою вакцин поєднують усі препарати, одержувані як із самих патогенних мікроорганізмів або їх компонентів, так і продуктів їхньої життєдіяльності, які застосовуються для створення активного імунітету у тварин та людей.
Історію створення засобів специфічної профілактики можна поділити на три періоди:
1. Несвідомі спроби на зорі наукової медицини штучно заражати здорових людей і тварин виділеннями від хворих з легкою формою захворювання.
2. Створення великої кількості вакцин із убитих бактерій.
3. Створення та застосування живих, убитих, субодиничних вакцин.
Перший період ознаменувався геніальним відкриттям живих вакцин Е. Дженнером (1796) та Л. Пастером (1880). Хоча в основі цих відкриттів лежали досвід і спостереження (Е. Дженнер), знання етіології та свідомий експеримент (Пастер), головним у цей майже сторічний період було штучне зараження з подальшим перехворюванням, тобто викликати «легку хворобу» для того, щоб людина не захворів на неї у важкій смертельній формі. Вакцина Дженнера проти віспи, вакцини Пастера проти холери курей (1880), сибірки (1880–1883), пики свиней (1882–1883), скази (1-S81–1886) містили живих збудників хвороби, ослаблених курей – тривалим зберіганням культур у бульйоні, впливом на збудника сибірки підвищеною температурою (42,5 °З), пасажем збудника пики через організм голубів і кроликів, пасуванням вірусу сказу через організм кроликів.
1884 року Л.С. Ценковський в Україні, використовуючи принцип атенуації (ослаблення) за Пастером, приготувавсвої вакцини проти сибірки. В 1908 Wall і Leclainche отримали вакцину проти емкара з культур збудника, вирощених при 43-44 ° С, або культури, вирощені в середовищах зі специфічною сироваткою. Потім такі живі вакцини були отримані проти холери людей (Хавкін В., в Індії, 1890-1896; Nikole, 1912). У 1897 році Р. Кох у практику профілактичних щеплень проти чуми великої рогатої худоби запропонував живий вірус із жовчі вбитих, хворих або полеглих від чуми тварин. Ці щеплення давали відхід до 30%. Невдовзі Ненцький, Забер та Вижникевич замінили їх на «симультанні» щеплення, тобто одночасне введення з живим вірусом специфічної сироватки.
На цьому перший, ранній період розробки живих вакцин закінчується, разом з ним закінчується і перший період розвитку імунології.
Другий період характеризується виготовленням вакцин із убитих бактерій та відкриттям великої кількості збудників захворювань. І сміливо можна сказати, що не було такого мікроорганізму, який би в убитому стані не використовувався як вакцина. Офіційним початком цього періоду слід вважати 1898 (Kolle Pieiffer), він дав багаті плоди для медицини та ветеринарії у створенні так званих корпускулярних вакцин. У той же час він приніс науці багато дивовижних відкриттів та розчарувань. Цей період не закінчений і зараз, тому що через відсутність ефективних профілактичних препаратів ми користуємося вбитими корпускулярними вакцинами при низці інфекцій, хоча є досконалі методи атенуації мікроорганізмів.
У створенні живих вакцин цей період відіграв сумну роль. Він затримав їхній розвиток більш ніж на 20 років. Але в той же час у цей період існувала думка про недостатню ефективність вбитих вакцин. Вчені не залишали пошуків усінових та нових живих вакцин, як найбільш ефективних та економічних профілактичних препаратів.
У третій період (з 1930 року) однаково отримали розвиток живі, вбиті і звані хімічні вакцини з очищених антигенів, тобто третій період характеризується розвитком обох напрямів.
Прихильники застосування вбитих вакцин, посилаючись на факти ускладнень при застосуванні живих вакцин у ветеринарній практиці, відкидали їх та прагнули вдосконалити вбиті вакцини. Способи поліпшення вбитих вакцин були пов'язані із застосуванням різних фізичних та хімічних агентів для знешкодження мікробів, підбором штамів з повноцінними антигенами, введення «щадних» режимів інактивації культур мікробів, використанням очищених, так званих протективних антигенів (хімічних вакцин). Приділялося чимало робіт питанням «депонування» вбитих та хімічних вакцин, методам їхньої аплікації, кратностям, інтервалам, дозам введення, а також проблемі ревакцинацій. При цьому було досягнуто великих успіхів. Але все ж таки проблема ліквідації інфекційних хвороб успішно не вирішувалася.
Виготовлення живих вакцин у 20-60-х роках поточного століття не стояло на місці. Розробки отримання живих вакцин проводилися, а дещо більш уповільненими темпами, ніж убитих вакцин. Лише за останні 20–30 років ми стаємо свідками широкого виробництва живих вакцин та заміни ними вбитих вакцин, які не завжди є ефективними.
Наприклад, багаторічний досвід використання вбитих вакцин в нашій країні і за кордоном при профілактиці сальмонельозів показав їхню недостатню імуногенну ефективність, оскільки сальмонельозні антигени в організмі щеплених тварин не здатні розмножуватися. Це обмежує їх циркуляцію в організмі та прояв клітинного імунітету. Останнєзмушує застосовувати вбиті вакцини багаторазово, вводити їх великими дозами, що зумовлює високу реактогенність вбитих вакцин. Для профілактики інфекційних хвороб ефективнішими вважають живі вакцини їх атенуйованих штамів. Останні отримують при пасируванні вірулентних культур мікроорганізмів на штучних живильних середовищах та через несприйнятливих тварин, а також впливом на них фізичних, хімічних та біологічних факторів. Введення таких штамів в організм забезпечує їхнє розмноження не викликаючи захворювання. 1 навпаки, вони забезпечують вироблення більш міцного, у тому числі клітинного, імунітету. На відміну від імунітету, що сформувався під дією вбитих вакцин, імунітет від застосування живих вакцин настає швидше, вже після одноразового введення вакцини. Він більш напружений та тривалий. Проте переваги живих вакцин перед убитими не вичерпуються.
Згідно з сучасними міжнародними вимогами штами, які застосовуються для виготовлення живих вакцин, повинні мати генетичні маркери, що дозволяють відрізнити їх від польових штамів. Вони повинні мати постійність (константність) своїх біологічних властивостей, слабку залишкову вірулентність і забезпечувати несприйнятливість до інфекції більшості тварин при одноразовому застосуванні вакцини.
Значення живих вакцин оцінюється і з економічних позицій. На Міжнародному конгресі мікробіологів у 1966 році було висловлено думку, що застосування живих вакцин забезпечує збереження екологічного балансу, що не допускає появи нових патогенних мікроорганізмів.
Більшість живих вакцин, що випускаються у нас, в даний час є моноштамними. Технологія їх виготовлення не враховує різноманіття сірововаріантного складу бактерій.
Утехнологічному процесі вакцинного виробництва важливі всі ланки: від підбору виробничих штамів та живильного середовища до кінцевих етапів – стандартизації та розфасовки біопрепаратів.
Технологічна схема виготовлення інактивованих (I) і живих (II) вакцин на прикладі виробництва вакцин проти сальмонельозу представлена малюнку 4.1 (за Ярцевим М.Я., 1996).
Ми вже ознайомилися з біотехнологією приготування поживних середовищ, підбором виробничих штамів мікроорганізмів та технологією культивування їх у промислових умовах. Для виробництва вакцин важливим є метод глибинного культивування мікроорганізмів у реакторах, в яких повинен передбачатися автоматичний контроль та регулювання наступних технологічних параметрів: температури (t), тиску (Р), витрати повітря (G), рівня середовища (Н), концентрації мікроорганізмів (М) , концентрації мікроелементів (Г), числа оборотів пристрою, що перемішує (п), концентрації водневих іонів (рН), парціального тиску кисню (рО2) і вуглекислого газу (рСО2), концентрації вуглеводів (зокрема глюкози), окислювально-відновного потенціалу (Eh) . При цьому потрібно мати на увазі, що для кожного мікроорганізму потрібне індивідуальне живильне середовище та свої параметри культивування.
Отриману після вирощування мікробів культуру використовують залежно від виду вакцини, що готується - інактивованої або живої.
Біотехнологія медична- технологія отримання продуктів, необхідних для профілактики та лікування захворювань, із живих клітин різного походження. Термін «біотехнологія» з'явився у 70-х роках. 20 ст. та об'єднав раніше вживані поняття «промислова мікробіологія», «технічна біохімія» та ін.
Біотехнологічні процеси з давніх часіввикористовуються у практичній діяльності людини, наприклад у хлібопеченні, приготуванні молочнокислих продуктів, пивоваріння. У сучасних умовах Б. розвивається дуже інтенсивно, Це зумовлено досягненнями біохімії та цитології (наприклад, отримання в кристалічному вигляді та застосування стабілізованих та іммобілізованих ферментів, нативних або частково зруйнованих іммобілізованих клітин мікро- та макроорганізмів), технології ферментації (наприклад, виробництво продуктів з використанням ферментації, переробка відходів різних виробництв шляхом біодеградації), біоелектрохімії. Вирішальне значення у розвиток сучасної Би. набули генетична і клітинна інженерія.
Основи медичної Би. були закладені в 40-х роках. 20 ст. розробкою промислового виробництва пеніциліну. Потім було знайдено продуценти та налагоджено промислове отримання інших антибіотиків. У ряді випадків вихід антибіотиків вдалося суттєво підвищити, створивши високопродуктивні мутантні штами продуцентів. Ряд антибіотиків в даний час виробляється напівсинтетичним способом біоконверсії, відповідно до якого гриби або мікроорганізми здійснюють лише деякі ключові стадії модифікації молекули лікарської речовини. Цей спосіб успішно застосовують і у виробництві препаратів стероїдних гормонів – глюкокортикоїдів та статевих гормонів. Для виробництва інтерферону, вірусних антигенів використовуються клітини людини, що культивуються у штучному середовищі.