CHƯƠNG 7 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG Y – DƯỢC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA NÔNG HỌC
Bộ mơn Cơng nghệ Sinh học

Bài giảng Nhập mơn

CƠNG NGHỆ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN 2008


CHƯƠNG 7

CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG Y – DƯỢC

NỘI DUNG
1. Vaccine
2. Kháng thể đơn dòng
3. Liệu pháp gen


1. Vaccine
1.1. Khái niệm về vaccin và miễn dịch

Vacxin, dù ở bất ki dạng tồn tại nào,
nào cho dù đó là vacxin ng

thể,
thể tức là vacxin chứa nguyên vẹn cả tế bào vi sinh vật (v
hay virus chẳng hạn), hay vacxin phân tử,

tử tức là vacxin đơ
chỉ chứa những thành phần protein có tính kích thích m
đều mang một chức nng chung là tạo miễn dịch cho cơ t
ngời và động vật, phòng chống lại các bệnh truyền nhiễm
nhiều tác nhân gây hại khác.
Yếu tố quyết định tính miễn dịch chính là
thành phần protein đặc biệt có trên bề mặt của tác
nhân gây bệnh,
bệnh hay trên bề mặt của chế phẩm
vacxin của chính tác nhân gây bệnh đó.
Thành phần đặc biệt có bản chất là protein
này đợc gọi là kháng nguyªn (antigen), do mét gen hay
mét sè gen cđa vi sinh vật quyết định tổng hợp nên.


Nhng gen chịu trách nhiệm về việc
sản xuất thành phần protein có tính kích
thích miễn dịch đợc gọi là gen kháng
nguyên.
nguyên
Gen kháng nguyên này, về nguyên tắc,
có thể đợc tách ra,
ra vµ ghÐp vµo mét hƯ
thèng vector thÝch øng nµo đó, sử dụng
để biểu thị sản xuất protein của gen
kháng nguyên đó để làm vacxin.
vacxin
Tất cả phải đợc lựa chọn phù hợp,
hợp mới có
thể thu đợc protein có tính kích thích

miễn dịch mong muốn ban đầu nh protein
nguyên gốc.
Protein tái tổ hợp đợc sản xuất ra,
nhiều khi, vẫn có thể có tính kháng nguyên


Nhng vacxin đợc tạo ra bằng kỹ thuật gen nh thế này (nghĩ
là chịu sự thao tác trực tiếp về gen), đợc gọi là vacxin tái tổ
gen,
gen hay vắn tắt là vacxin công nghệ gen (CNG).
(CNG) Thành ph
vacxin thuộc loại này đợc coi là vacxin thuộc thế hệ mới.
mới

Nhng vacxin thuộc thế hệ cũ là gi? ó là các loại vacxin tạo
bằng các phơng pháp cổ điển (truyền thống). Để đợc là va
thành phẩm đà có bị biến đổi về bản chất (và cả về gen)
gen
không chịu sự thao tác trùc tiÕp.
tiÕp


Vacxin là gì?

Dù thế nào chăng nữa, vacxin cổ điển hay vacxin thế
mới (đại diện là vacxin CNG), nếu đợc định nghĩa về góc đ
miễn dịch, thi vacxin phải là các chế phẩm sinh học của vi
vật hay tế bào,
bào chứa chính tác nhân gây bệnh hay các sản
của chúng (kĨ c¶ vËt liƯu di trun nh ADN hay ARN của

chúng), nếu đợc làm giảm độc lực hay vô độc bằng các phơ
pháp lý, hoá, hay sinh học (đối với vacxin cổ điển), hoặc
các phơng pháp sinh học phân tử (đối với vacxin thế hệ mới
lúc đó chúng không còn khả năng gây bệnh đối với đối tợng
đợc hởng vacxin (là ngời và động vật), nhng khi đa vào
cơ thể bằng các phơng pháp khác nhau,
nhau đều có khả năng kí
thích cơ thể sinh miễn dịch thuộc các loại hình nh miƠn d
dÞch thĨ (humoral immunity) hay miƠn dÞch qua trung gia
bµo (cellular-mediated immunity).


Nh vậy, nói đến vacxin là phải nói đến khả năng gây miễn
Một thành phẩm nào đó tuy là chế phẩm sinh học nhng khô
kh
gây miễn dịch bảo vệ cơ thể nh mong muốn thì không đợ
là vacxin.
vacxin

Miễn dịch là gì?

Trong cơ thể đà tiếp nhận vacxin, miễn dịch đợc tạo ra ch
sự huy động toàn bộ hệ thống miễn dịch tham gia, bao gồ
thống miễn dịch trung ơng và hệ thống miễn dịch ngoại b
cũng nh sự tham gia của nhiều loại tế bào có thẩm quyền m
dịch khác.

Cơ thể chịu sự kích thích của kháng nguyên (do vacxin đ
đà cảm ứng sản xuất một loại protein mới có chức năng bảo
và là thành phần tham gia tạo nên miễn dịch cho cơ thể,

kháng thể (antibody).


đIều kiện cần của một vacxin
Một vacxin phải có đủ 3 điều kiện chính:

có hiệu lực.

an toàn, vô tr

An toàn là tiêu chuẩn đánh giá khi sử dụng vacxin trên chí
đối tợng đợc hởng, tức là vacxin không đợc gây bệnh và
không hay ít gây phản ứng có hại.
hại

Vô trùng tøc lµ vacxin chØ chøa duy nhÊt mét hay mét vài
đợc chọn làm vacxin mà không bị nhiễm tạp các loại khác.

Hiệu lực: iều quan trọng nhất là vacxin phải có hiệu lực,
lực

vacxin phải kích thích sinh miễn dịch cho cơ thể. Tính hi
thực chất là mức độ biểu hiện gây miễn dịch của kháng ng
n
Vacxin có hiệu lực cao hay thấp,
thấp tức là nói đến mức độ gây
gâ
dịch của vacxin ®ã.

Với một cơ thể đà đợc miễn dịch,
dịch khi vi sinh vật gây bệnh
sự xâm nhập vào, chúng sẽ không thực hiện đợc quá trình
bệnh và nhanh chóng bị loại trừ khỏi cơ thể. Tóm lại vacxin
tố khởi phát của quá trình đáp ứng miễn dịch, và kháng ng
thành phần cơ bản của vacxin.

Nh vậy miễn dịch cho ngời và động vật là đợc con ngời tạo
ra do đa vào cơ thể chế phẩm sinh học hoặc bán sinh học
gọi là vacxin là để gây miễn dịch, tập dợt cho cơ thể thực
quá trinh đáp ứng miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh,
chúng thâm nhập vào nhng lần sau đó.

Trong tự nhiên, khi ngời và động vật bị bệnh không chết m
qua khỏi, trong cơ thể cũng có thể hinh thành miễn dịch.

Một điều hết sức lu ý về tính đặc hiệu của miễn dịch: K
phải vacxin nào cũng gây miễn dịch chung chống lại mọi t
nhân gây bệnh. Vacxin tạo ra có nguồn gốc từ tác nhân gâ
nào chỉ có tác dụng tạo kháng thể cho miễn dịch chống lại
tác nhân gây bệnh đó.


Kháng thể liên kết với kháng nguyên
và loại trừ tác nhân gây bệnh

II

Đợc miễn dịch

Kháng nguyên
(vacxin)

Kháng thể
trong huyết thanh

Tiêm vào cơ thể

I
Sau 2-3 tuần
Cha miễn dịch


Kháng thể (Immunoglobulin)
Vùng liên kết
kháng nguyên

IgG

Vùng liên kết
kháng nguyên

Vùng biến đổi

Chuỗi nhẹ

Chuỗi nặng

Vùng không biến đổi

Kh¸ng thĨ (Immunoglobulin)


Liên kết Kháng nguyên-kháng thể

Antigen

Kháng thể 1
EPITOPE 1

EPITOPE 2

Kháng thể 2

Trên bề mặt kháng nguyên có những vùng đặc hiệu gồm 10-12 axi
gọi là điểm quyết định kháng nguyên (EPITOPE) có chức năng liên
với kháng thể. Một kháng nguyên có thể có 1 vài epitope; và do vậy
khả năng kết hợp với một vài kháng thể tơng ứng do chính chóng kÝ
thÝch sinh ra.


Hệ Miễn dịch là gì?

Chúng ta đà biết, một cơ thể ngời hay động vật có rất nhiều các h
quan giúp cho cơ thể hoạt động. Dó là các hệ cơ quan chuyên biệt
chỉnh và hoạt động độc lập.
lập Ví dụ: hệ tuần hoàn bao gồm tim, m
máu; hệ thần kinh bao gồm nÃo, tuỷ sống, dây thần kinh

Hệ miễn dịch không phải là một hệ cơ quan độc lập, mà là tập h

các cơ quan,
quan các thành phần cơ quan của cơ thể, và một vài loại tế
tham gia quá trinh đáp ứng miễn dịch (các tế bào có thẩm quyền
dịch).
dịch

Các cơ quan:
quan Tuỷ xơng (bone marrow);
marrow) tuyến ức (thymus);
(thymus) túi Fabr
ở loàI chim (bursa Fabricius); hạch; lách; mảng Payer ở ruột; các mô
lympho v.v
Các tế bào:
bào Đại thực bµo (macrophage); tÕ bµo Lympho-B;
Lympho-B tÕ bµo
Lympho-T vµ mét sè tế bào khác.


Tuỷ xơng

Tế bào nguồn
Túi Fabricius
và tơng đơng

Tuyến ức
Biệt hoá
Lympho

Lympho
T

B

Lympho

Kháng
nguyên
Tếbào độc
Tơng bào

Kháng thể tế bào

Kháng thể dịch thể
Đáp ứng
miễn dịch

Miễn dịch trung gian tế bào

Miễn dịch dịch thể


1.2. Hớng chiến lợc tạo vaccine và phân loại vaccine

Có thể phân định 2 hớng chiến lợc tạo nên vacxin: đó là

vacxin tạo nên theo công nghệ cổ truyền,
truyền hay còn gọi là v
cổ điển (traditional vaccine) và vacxin tạo nên bằng công

sinh học phân tử,
tử hay còn gọi lµ vacxin thÕ hƯ míi: vacxin
(genetically engineered vaccine). Cã thĨ nói vacxin cổ điể
tạo ra bằng cách gián tiếp,
tiếp còn vacxin thế hệ mới đợc tạo ra
bằng cách trực tiếp tác động vào hệ gen của đối tợng đợc
làm vacxin.

VỊ tÝnh chÊt sinh häc cđa vacxin, chóng ta cã thể phân

loại:
loại vacxin vô hoạt (bằng các yếu tố lí, hoá), vacxin sống
sống
gồm vacxin vô độc và nhợc độc), và vacxin phân tử (bằng
thuật gen). Hai loại đầu đợc tạo ra bằng công nghệ cổ tru
chính; loại thứ 3, chỉ đợc tạo ra bằng kỹ thuật gen.
gen


Về nguồn cung cấp kháng nguyên,
nguyên xét dới góc độ tạo miễ

dịch cho cơ thể, vacxin có thể đợc gom vào một số nhóm s
Nhóm vacxin cung cấp kháng nguyên sống đợc nhân lên
Vacxin sống vô độc
Vacxin sống nguyên độc
Vacxin sống nhợc độc
Vacxin thế hệ mới bằng công nghệ gen
Vacxin tái tổ hợp có vectơ dẫn truyền
Vacxin axit nucleic

Vacxin phối hợp với công nghệ chuyển gen thực
vật
Vacxin nhợc độc nhân tạo bằng di truyền ngợc
Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên không nhân lên
Vacxin vô hoạt
Vacxin chứa protein kháng nguyên tinh chế
Vacxin chứa kháng nguyên là protein đợc sản xuất
bằng công
nghệ gen
Vacxin tổng hợp


Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên
đợc nhân lên

Vacxin sống theo đúng nghĩa của nó, là chúng có khả

nhân lên,
lên tạo cho cơ thể nguồn kháng nguyên tồn tại lâu bề
trong cơ thể. Chủ yếu có 2 loại vacxin chính: vacxin sống v
độc (live avirulent vaccine) và vacxin sống nhợc độc (live
attenuated vaccine).

Vacxin sống vô độc: Dó chính là các chủng vi sinh vật vô độc đ

chọn lọc từ trong quần thể vi sinh vật có trong tự nhiên.
nhiên Chúng ho
toàn không còn hay chỉ còn tính gây bệnh rất yếu đối với đối tợ
đợc hởng vacxin. Vacxin sống nguyên độc: Là loại hình vacxin đợc
chọn lọc và sử dụng khá lâu đời, tạm gọi là vacxin nguyên độc,

độc
độc lực với loài này nhng an toàn hơn đối với loài khác. Thực chất
chúng đợc xếp là vacxin vô độc
độc đối với loài là đối tợng đợc hởng
vacxin, vì chúng đợc phân lập từ loài khác và hoàn toàn không h
tính gây bÖnh rÊt yÕu.


Vacxin sống nhợc độc: Là tất cả các loại, mà
thực chất bản thân chúng vẫn có khả nng
thích ứng và nhân lên trên đối tợng hởng
vacxin, cung cấp nguồn kháng nguyên lâu
dài và tạo miễn dịch vững bền cho cơ thể.
Tính cờng độc (tức là mức độ biểu hiện
khả năng gây bệnh) của chúng bị giảm sút
hoặc mất hẳn, và trở nên yếu, đủ điều
kiện để làm vacxin. Ngời ta gọi chúng là
vacxin nhợc độc.
độc Quá trình này đợc gọi là
nhợc độc hoá (attenuation).


Nhóm vacxin có nguồn kháng nguyên
không nhân lên

ó chính là các loại vacxin vô hoạt,
hoạt vacxin chứa protein khá
nguyên tinh chế,
chế vacxin chứa protein kháng nguyên sản xuấ
bằng công nghệ gen,

gen hoặc vacxin chứa nhóm quyết định
nguyên tổng hợp nhân tạo.
tạo

Vacxin vô hoạt: Vacxin vô hoạt (inactivated vaccine) hay trớc đâ

gọi là vacxin chết (killed vaccines), chính là chế phẩm chứa chí
nhân gây bệnh nhng đà bị vô hoạt (giết chết) bằng các phơng p
khác nhau, chủ yếu là lý học và hóa học.
học

Vacxin chứa protein kháng nguyên tinh chế: Một số vi sinh v

trong quá trình nhân lên và gây bệnh có thải ra môi trờng một s
phần protein có thể thu nhận để làm kháng nguyên của vacxin, v
nh kháng nguyên bề mặt HBsAg (Hepatitis B surface antigen) củ
viêm gan B chẳng hạn.


Vacxin chứa kháng nguyên là protein đợc sản xuất bằng côn
nghệ gen: Cũng tơng tự nh trên, thành phần vacxin chính là pro

kháng nguyên tinh chế,
chế nhng không phải từ nguồn cung cấp có tro
tự nhiên,
nhiên mà đợc sản xuất bằng công nghệ gen.
gen

Vacxin tổng hợp: (synthetic vaccine), là loại chỉ chứa duy nhất m

đoạn ngắn polypeptit kháng nguyên hay còn gọi là nhóm quyết đ
kháng nguyên.
nguyên Nhóm này có thành phần vào khoảng 8-12 axit am
ở nơi nào đó trên bề mặt protein kháng nguyên. Do vậy nhóm nà
đợc gọi là epitope,
epitope có vai trò quyết định tính kháng nguyên của
loại vacxin. Sau khi đợc tổng hợp, muốn làm vacxin, chúng phải đợ
gắn vào các giá đỡ,
đỡ đó là các hạt polyme có khả năng hấp phụ cao
Ngoài ra chúng còn đợc sử dụng với những loại chất bổ trợ tốt,
tốt mới
có khả năng là vacxin đợc.


1.3. Giíi thiƯu mét sè lo¹i vaccine thÕ hƯ míi

Vacxin thế hệ mới hay vacxin bằng công nghệ gen là các chế
phẩm đợc dùng làm vacxin, gây miễn dịch cho ngời và độn
vật, đợc tạo ra và sản xuất thông qua các thao tác về kỹ thu
gen.
gen Đó là các loại kỹ thuật liên quan đến cắt, ghép, nối, ph
lập, dẫn truyền, biểu thị... các đoạn axit deoxyribonucleic,
các gen từ cá thể này sang cá thể khác.

Vacxin tái tổ hợp có vectơ dẫn truyền: Đó là loại vacxin đợc t

bằng kỹ thuật gen dựa vào một loại vectơ nào đó, chủ yếu là vi kh
hoặc virut thông dụng. Tất nhiên, về nguyên lý, loại vi sinh vật làm
vectơ dẫn truyền phải là loại thông dụng cho nhiều loài và phải gi
độc hoặc vô độc bằng cách cắt bỏ hoặc xóa đi một hay nhiều ge

bằng kỹ thuật gen.

Vacxin tái tổ hợp vectơ truyền sử dụng virut đậu


Vùng
khởiđộng

Vịtrícắtcủa
enzym giớihạn

Khởi ph
át
ATG
Vectơ
tiếp nhận

Kết thúc
TAA
Genvacxin

Cắt
điểm
mầm
Vùng
khởiđộng

Sơ đồ
Vacxin tái
tổ hợp vectơ

truyền sử
dụng virut đậu

Genvacxin

Nối

Virus đ
ậu
làmvectơ

Vectơ
tái tổ hợp
song
nhiễm

gen kh
á ng
kháng sinh

gâynhiễm

Nuôi cấy tếbào

Chọn lọc

Genvacxin

Virus đ
ậu

tái tổ hợp


♦ Vacxin axit nucleic (vacxin ADN)
Khi ®a axit deoxy-ribonucleic (ADN) của một loại
plasmid vectơ có chứa gen kháng nguyên vào cơ
thể, thì rất kỳ lạ, gen kháng nguyên đó lại tổng
hợp ra protein kháng nguyên và kích thích cơ
thể sinh miễn dịch chống lại protein do gen
kháng nguyên kích thích sinh ra.
Vacxin ADN là một loại hình vacxin đặc biệt
thuộc thế hệ mới nhất,
nhất đó chính là axit
deoxyribonucleic của một plasmid vectơ biểu
hiện, đợc tái tổ hợp gen kháng nguyên với một
hệ thống promotor mạnh, đợc tạo ra
bằng công nghệ gen. Vacxin ADN có u thế lớn
hơn vì gọn nhẹ và phơng thức gây miễn dịch
đơn giản và vì vacxin chỉ chứa ADN thuần
khiết, nên rất bền với nhiệt độ.


DNA Vaccines
Gene for
antigen

plasmid

Muscle cell