Ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất vaccine

Trường THPT Lý Thường Kiệt Lớp : 10A.. Giáo Sinh : Mai Đình Phúc GVHD: Cô Trần Thị Thu Thủy Bài 38: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT VACCINE VÀ THUỐC KHÁNG SINH I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: HS biết được cơ sở khoa học và việc ứng dụng công nghệ gen vào sản xuất vaccine và thuốc kháng sinh 2. Thái độ: HS có thái độ tích cực trong việc chủ động sử dụng kháng sinh và vaccine 3. Kĩ năng: HS có kĩ năng phân tích, tìm hiểu thực tế. II. PHƯƠNG PHÁP: SGK- HỎI ĐÁP III. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Bước 1: ổn định lớp Bước 2 : kiểm tra bài cũ - Nêu đặc điểm và nguyên tắc sử dụng kháng sinh? -So sánh vaccine và kháng sinh. Bước 3: giảng dạy bài mới - vào bài: KS và vaccine sản xuất theo cách truyền thống thì có năng suất thấp, chi phí cao, thời gian dài…, ngày nay việc ứng dụng công nghệ

SEMINAR

A ĐẶT VẤN ĐỀ

 Ngay từ khi xuất hiện sự sống, trong sự đấu tranh của các loài sinh vật thì bệnh tật đã xuất hiện Đặc biệt là sự ký sinh của các loài vi sinh vật tới các động vật bậc cao đã gây ra những bệnh tật hiểm nghèo tạo ra những nạn dịch thảm

khốc và cướp đi nhiều sinh mạng

 Để giành giật sự sống con người đã tìm mọi biện pháp

nhằm hạn chế tác động có hại đó của các đối tượng gây

bệnh Vacxin được coi là một tiến bộ y học quan trọng nhất của thế kỷ XX

 Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của công

nghệ sinh học con người đã tìm ra được vũ khí hữu hiệu để bảo vệ chính mình với số lượng nhiều, an toàn và nhanh chóng Để hiểu rõ hơn vấn đề này, chúng em tiến hành tìm hiểu đề tài:

trong sản xuất vacxin”

SẢN XUẤT VACCINE

nào ? Vaccine là gì ?

1.1 Vài nét về lịch sử và hướng phát triển

của công nghệ vacxin

 Thế kỷ 18, thế giới chứng kiến ba đại dịch cúm

Các dịch cúm vẫn tiếp diễn trong thế kỷ 19, khi các thành phố lớn dần lên

và giao thông đường biển giúp cho việc đi lại được thuận tiện - đồng nghĩa với khả năng lây lan tăng hơn Dịch cúm năm 1837 nghiêm trọng đến mức ở Berlin, số người chết nhiều hơn số người được sinh ra, và ở Barcelona thì toàn bộ các hoạt động kinh doanh bị đình đốn

trong đó riêng ở Tây

Ban Nha có 8 triệu,

vì thế dịch cúm này

mang tên cúm Tây

Ban Nha Trong ảnh,

bệnh nhân cúm nằm

la liệt trong một

bệnh viện ở Kansas,

Năm 2003,

Bùng nổ dịch

cúm gia cầm

1.1 L ịch sử vacxin

Edward Jenner được công nhận là người đầu tiên dùng vắc-xin để ngừa bệnh cho con người ngay từ khi

người ta còn chưa biết bản chất của các tác nhân gây bệnh

Năm 1796 ông đã thực hiện thành công thử nghiệm vắc-xin ngừa căn bệnh đậu mùa, những nông dân vắt sữa bò có thể bị lây bệnh đậu bò , nhưng sau khi khỏi bệnh, họ trở nên miễn nhiễm đối với bệnh đậu mùa

Edward Jenner

Louis Pasteur với các công trình nghiên cứu

về vi sinh học và miễn dịch học đã mở đường cho những kiến thức hiện đại về vắc-xin.

Louis Pasteur

1.2 Khái niệm về vaccine

1.3 Nguyên lý sử dụng vacxin

 Sử dụng vacxin là đưa vào cơ thể kháng

nguyên có nguồn gốc từ vi sinh vật gây bệnh hoặc vi sinh vật có cấu trúc kháng nguyên

giống vi sinh vật gây bệnh, đã được bào chế đảm bảo độ an toàn cần thiết, làm cho cơ

thể tự tạo ra tình trạng miễn dịch chống lại

tác nhân gây bệnh

 Nói một cách khác: sử dụng vacxin là tạo

miễn dịch chủ động nhân tạo

1.4 Đặc tính cơ bản của một vaccine

 Không độc Liều sử dụng phải thấp hơn rất nhiều

so với liều gây độc Tuy nhiên cũng có thể gây ra phản ứng phụ ở một số người

Phản ứng tại chỗ: Nơi tiêm vaccine có thể hơi đau,

mẩn đỏ, hơi sưng hoặc nổi cục nhỏ

Phản ứng toàn thân: Sốt thường, co giật với tỷ lệ nhỏ

có thể sốc phản vệ với khả năng xảy ra hiếm

 Cách 2: Xác định tỷ lệ động vật đã được tiêm chủng sống sót sau khi thử thách bằng vi sinh vật gây bệnh

 Trên thực địa (field test):

 Vacxin được tiêm chủng cho một cộng đồng, theo dõi thống kê tất cả các phản ứng phụ và đánh giá khả năng bảo vệ khi mùa dịch tới

1.4 Đặc tính cơ bản của một vaccine

1.4.3 Tính kháng nguyên

 Là khả năng kích thích cơ thể tạo thành kháng thể

 Kháng nguyên mạnh là kháng nguyên khi đưa vào cơ thể một lần đã sinh ra nhiều kháng thể

 kháng nguyên yếu là những chất phải đưa vào nhiều hoặc phải kèm theo một tá dược mới sinh được một ít kháng thể

1.4.4 Tính miễn dịch

 Vacxin gây miễn dịch bằng một vi khuẩn hoặc virus giảm độc lực, hoặc với một protein đặc hiệu có tính kháng nguyên để gây

ra một đáp ứng miễn dịch

 Tạo ra hiệu quả đề kháng cho cơ thể về sau khi tác nhân gây

bệnh xâm nhập với đầy đủ độc tính.

II Phân loại vaccine

2.1 Các phương pháp phân loại truyền thống

2.1.1 Vaccine động lực (nhược độc) hay vacxin sống

 Là vacxin chế từ tác nhân gây

2.1.2 Vaccine bất hoạt (chết)

 Là loại vacxin mà tác nhân gây bệnh đã bị làm chết bằng phương pháp hóa học hay nhiệt độ

 VD: VẮC XIN TỤ

HUYẾT TRÙNG HEO

2.1.3 Vaccine dưới đơn vị hay vaccin thành phần

 Là loại vacxin không dùng toàn bộ tế bào vi khuẩn hay toàn bộ virus mà chỉ dùng một thành phần có tính kháng nguyên của

chúng.

3.1.4 Vaccine giải độc tố

 Là loại vacxin tạo ra do làm mất tính độc của kháng nguyên nhưng vẫn có tính kháng

nguyên.

2.1.5 Vaccine kháng kháng thể idityp

 Là kháng thể tạo ra từ cách dùng kháng thể kháng kháng nguyên làm kháng nguyên dể làm vắc xin cho tác nhân gây bệnh đó

iii. Vaccine vector

iv. Vaccine ADN

v. Vacxin dựa trên cơ thể chuyển gen Sản xuất

cây chuyển gen nhờ Agrobacter tumefaciens

vi. Vaccine bào tử (spore vaccine)

Có thể gây bệnh nhẹ

Có thể chuyển thành dạng gây bệnh

Virus có thể bị chết, cần bảo quản lạnh

Có thể bị nhiễm virus Chứa genome virus có thể gây bệnh ung thư

Khả năng nhiễm virus sống rất thấp

Cần nuôi tạo lượng virus lớn, có thể cần tá chất bổ trợ

Tính miễn dịch có thể không cao

Có thể phải tiêm nhắc lại nhiều lần

Chứa genome virus có thể gây bệnh ung thư

Không trở lại thành virus

để lây nhiễm

Ổn định, có thể không cần bảo quản lạnh

Sản xuất phức tạp, cần chất bổ trợ Giá thành thường cao

Cần hệ thống nuôi để thu lượng virus lớn

Tính miễn dịch có thể không cao

Có thể phải tiêm nhắc lại nhiều lần

Có thể chứa cả hạt virus hoặc genome virus

Không trở lại thành virus

để lây nhiễm Khả năng nhiễm virus sống thấp

Ổn định, có thể không cần bảo quản lạnh

Nghiên cứu phức tạp, chi phí cao Cần chất bổ trợ

Tính miễn dịch có thể không cao

Có thể cần tiêm nhắc lại nhiều lần

Vacxin Tác nhân gây

bệnh Bệnh Loại vacxin

Do CDC giới thiệu

Viêm gan B Virus viêm gan

B Viêm gan Dưới đơn vị bất hoạt Bạch hầu/ho

gà/uốn ván Độc tố bạch hầuĐộc tố vi khuẩn

than Bordetella pertussis

Bạch hầu Than

Ho gà

Giải độc tố Giải độc tố Dưới đơn vị bất hoạt

Cũng có thể dùng cả tế bào làm kháng

Sởi/quai bị/

rubella

(MMR)

Virus sởi Virus quai bị Virus rubella

Sởi Quai bị Sởi Đức

Giảm độc lực Giảm độc lực Giảm độc lực Thủy đậu Virus thủy đậu Thủy đậu Giảm độc lực

Viêm phổi

Pnuemococcus StrepcoccusPnuemonia Viêm phổi Dưới đơn vị bất hoạt

Viêm gan A Virus viêm

gan A (HAV) Viêm gan Bất hoạt (cả hạt)

Cúm Virus cúm Cúm Dưới đơn vị

bất hoạt Vacxin Tác nhân gây

bệnh Bệnh Loại vacxxin

III C ông nghệ sản xuất Vacxin.

3.1 Sản xuất vaccine truyền thống

 Tạo sinh khối

 Làm bất hoạt

 Đối với vaccine các vi khuẩn đã chết: Có thể dử dụng các tác nhân diệt khuẩn (formalin, alcool, aceton, tia cưc tím, siêu âm…)

 Đối với vaccine từ vi khuẩn sống giảm động lực

 Sản xuất ra chế phẩm

 Kiểm tra sản phẩm

Sản xuất vacxin tổng hợp

 * Có hai loại vacxin tái tổ hợp gen:

 +> Vacxin tái tổ hợp phân tử: vacxin tái tổ hợp

phân tử được tạo ra bằng cách ghép gen hay nạp gen kháng nguyên của đối tượng gây bệnh vào

virus hoặc vi khuẩn Virus hay vi khuẩn này sinh

sản nhanh tạo ra nhiều phân tử kháng nguyên

Các kháng nguyên này được tách chiết, tinh sạch

để làm vacxin tái tổ hợp chống lại các bệnh sốt

xuất huyết, vacxin chống viêm gan B (HBV), vacxin chống bệnh sốt rét, vacxin chống HIV…

Sản xuất vacxin tổng hợp

 +> Vacxin tái tổ hợp gen virus sống :

 Vacxin tái tổ hợp gen virus sống là các virus động vật đã biến nạp các gen biểu hiện protein thích hợp mang tính

miễn dịch từ các cơ thể bệnh lý khác nhau Vacxin này có nhiều ưu điểm là : cùng một lúc có thể đáp ứng miễn dịch khác nhau trong cùng một cơ thể, đồng thời nó có thể ngăn cản sự kháng thuốc của vi khuẩn và ký sinh trùng gây

bệnh Cấu trúc thông thường của một virus tái tổ hợp bao gồm:

 Một là gen ngoại lai mã hoá protein kháng nguyên của tác nhân gây bệnh

 Hai là virus ADN

 Ba là gen chỉ thị

Sản xuất vacxin tổng hợp

 Quy trình tiến hành tái tổ hợp như sau:

 Bước 1: Tiến hành xen đoạn thứ cấp của bộ gen virus vào một plasmid vi khuẩn có mang gen kháng lại kháng sinh (1)

 Bước 2: Tạo tổ hợp gồm ADN khảm có chứa đoạn khởi

động (promoter) mạnh gắn với gen kháng nguyên và đuôi poliA Sau đó xen vào vùng cắt hạn chế của virus.(2)

 Bước 3: là đưa (biến nạp) đồng thời cả plasmide và virus vào tế bào chủ nhân chuẩn Tại đây virus ADN và plasmide hợp nhất và tạo ra virus tái tổ hợp

 Bằng phương pháp tạo vacxin tái tổ hợp virus sống, người ta đã tạo ra vacxin đậu mùa tái tổ hợp cho người và vật nuôi, tạo vacxin adenovirus tái tổ hợp chống một số

bệnh hô hấp ở dạng viên nhộng để uống.

3.2 Sản xuất vaccine tái tổ hợp

Một đoạn gen cần thiết

từ phân tử ADN này + Một phân tử ADN khác

(gọi là thể truyền)

ADN tái tổ hợp

ADN tái tổ hợp được

đưa vào tế bào vi

khuẩn có đặc tính

phát triển nhanh (TB

chủ)

Tế bào chủ nhân lên

Phân tử ADN tái tổ hợp nhân lên

nhanh chóng

Đoạn gen cần thiết

cũng được nhân

lên

 Bằng các kĩ thuật chiết tách, tinh chế, người

ta thu lấy những phân tử ADN mang đoạn

gen cần thiết này để sử dụng vào những

mục đích đã định như sản xuất vacxin, thuốc kháng sinh

Ứng dụng công nghệ gen trong sản xuất vacxin

Hiện nay đã có một số vacxin được sản xuất

bằng công nghệ tái tổ hợp gen

Vac xin thế hệ mới hay vacxin tái tổ hợp gen

Sản xuất vacxin lở mồm long móng thế hệ mới

Tìm đoạn gen có tính

kháng nguyên cao

trong tế bào virus

Dùng enzim sinh học cắt lấy đoạn

gen này

Nhân lên bằng công nghệ tái

tổ hợp gen

Chiết, tách

Sử dụng chế tạo

vacxin

IV Minh họa một vài qui trình sản xuất vacxin 4.1 Vacxin cổ điển đã được sản xuất (VD: Vacxin

vi khuẩn thương hàn)

 Bước 1:Nhân giống:

 Nuôi vi khuẩn thương hàn trên môi trường thạch trong 18 h sau đó

dùng NaCl đẳng trương để lấy vi khuẩn và điều chỉnh để đạt độ đậm đặc 5.108 vi khuẩn/1ml Cấy vi khuẩn này vào môi trường mới sao cho thể tích ban đầu vi khuẩn chiếm 5% thể tích môi trường

 Bước 2:Nuôi cấy

 Môi trường lỏng casein chưa 300-400 mg N toàn phần, 200- 250mg%

N amin, 0,1-0,6% pepton Cấy chìm trong môi trường nuôi cấy liên tục

có hệ thống khuấy vân tốc 180-300v/ phút để tăng oxy cho hề thống,

hệ thống lọc khí vô trùng với lưu lượng 1lit/1phút Nuôi trong 10-12 giờ

để đạt được nồng độ khoảng 6.1010 vi khuẩn

 Để tăng khả năng sinh sản của vi khuẩn thêm dung dịch glucoza 40%, giữ pH= 7,6-7,8 trong suốt thời gian nuôi cấy

IV Minh họa một vài qui trình sản xuất vacxin 4.1 Vacxin cổ điển đã được sản xuất (VD: Vacxin

 Kiểm tra độ tinh khiết và đáp ứng miễn dịch rồi

đưa dung dịch về điểm đẳng điện bằng NaCl có chứa 0,25% phenol sẽ tạo tủa 1ml vacxin cồn

chưa 5.109 vi khuẩn Đổ vacxin vào ống và đông khô –400C- - 500C rồi đông gói thành phẩm

Vacxin này có thể nhập chung với VI antigen để tăng hiệu quả

4.2 Quy trình sản xuất vacxin tái

4.2 Quy trình sản xuất vacxin tái

tổ hợp(VD: vacxin cúm)

 Kỹ thuật này cho phép 6 gene (mã hóa cho các

protein NP, PA, PB1, PB2, M, NS) của virus cúm A/Puerto Rico/8/34 (thường gọi là PR8) kết hợp

với 2 gene mã hóa cho protein HA và NA (của

chủng khuyến cáo làm vaccine) đã được làm giảm độc lực tạo chủng virus mới mang đặc điểm kháng nguyên HA và NA giống với chủng khuyến cáo làm vaccine và có thể phát triển trong trứng nhanh kịp thời cung cấp vaccine khi có dịch xảy ra

Minh họa kỹ thuật di truyền ngược (cổ điển)

Minh họa vectors dùng trong kỹ thuật di truyền ngược cải tiến

 Bước 7: Xác định đặc điểm kháng

nguyên và di truyền của chủng tái tổ hợp

 Bước 8: Đánh giá đặc tính phát triển của

virus tái tổ hợp

 Bước 9: Chuẩn bị các hoá chất cho

vaccine bất hoạt

Ý nghĩa việc sản xuất bằng công nghệ tái tổ hợp gen

Nâng cao năng suất sản xuất vacxin

Tạo ra sản phẩm vacxin với nhiều ưu điểm:

Vacxin tái tổ hợp gen rất an toàn vì trong vacxin không có sự tồn tại của mầm bệnh

Không cần bảo quản lạnh nên giảm được chi

phí => phù hợp với điều kiện sử dụng ở những nước đang phát triển

C.KẾT LUẬN

đã giúp cho loài người thoát khỏi nhiều đại dịch hiểm nghèo (đậu mùa, bại liệt; sởi, uốn ván v.v

vắc-xin nào đủ hiệu quả để ngăn ngừa Trong đó phải kể nhiều

bệnh do ký sinh trùng (thí dụ sốt rét, giun, sán), vi khuẩn (lao), virus (cúm, sốt xuất huyết, AIDS v.v.) Một số lý do có thể là các tác nhân gây bệnh biến đổi thường xuyên khiến cho miễn dịch không còn

hữu hiệu hoặc thậm chí tấn công ngay vào hệ miễn dịch như trường hợp của HIV v.v

bệnh, đặc biệt còn gây ra những phản ứng phụ chết người trong

thời gian gần đây Tính ưu việt của các loại vacxin ngày càng được khẳng định: rất tinh khiết, ít phản ứng phụ, hiệu lực tạo miễn dịch cao, sản xuất nhanh và giá thành thấp

nghệ sinh học sẽ mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hiệu quả trong công tác điều trị bệnh