Подходы к конструированию вакцин против вич реферат

Обновлено: 05.07.2024

Иммунизация против болезнетворного агента, повреждающего важный компонент иммунной системы, связана с особыми трудностями. К тому же мешает сильная изменчивость вируса. Она обусловлена преимущественно накоплением мутаций. Нельзя исключить роль и генетических рекомбинаций - обмена генами между разными вариантами ВИЧ и других вирусов, которые часто находятся в организме пораженном СПИДом, а также между генами ВИЧ и клеточными генами больного. До сих пор во всех попытках иммунизации против вируса использовался очищенный или клонированный гликопротеин оболочки. У экспериментальных животных он действительно вызывает образование нейтрализующих антител к вирусу, но только к тому штамму, который был использован для иммунизации. Иногда вырабатываются нейтрализующие антитела, которые действуют на несколько штаммов, но их титр, как правило, очень низок. Более того, до сих пор точно неизвестно против какого компонента вируса направлены нейтрализующие антитела. Тем не менее оболочка вируса сохраняет свою привлекательность в качестве антигена для иммунизации, так как процесс связывания с молекулой CD4 оказался общим для всех изученных на сегодняшний день штаммов, и это говорит о возможности наличия общих эпитопов у их оболочек. Вероятно, нейтрализующие антитела к этим консервативным участкам можно получить, используя в качестве антигена антитела к CD4 (антиидиотипический метод).

Кроме того, адекватная оценка вакцин затруднена, так как пока не известен ни один вид, кроме человека, у которого ВИЧ вызывал бы подобные СПИДу заболевания (хотя у некоторых приматов возможна кратковременная инфекция).

Поэтому эффективность вакцин можно исследовать только на добровольцах. Подобные испытания уже проводятся в некоторых странах. Однако как долго придется ждать результатов изучения эффективности вакцины, если скрытый период при СПИДе длится многие годы? В этом состоит лишь одна из трудностей.

И все же некоторые перспективы уже наметились. Изучаются генноинженерные методы создания вакцины против ВИЧ: в генетический аппарат вируса коровьей оспы встраивается ген одного из белков ВИЧ. Интерес представляет работа, ведущаяся в Институте иммунологии Министерства здравоохранения России. Метод основан на применении синтетических иммуногенов, позволяющих стимулировать В-лимфоциты, минуя Т-клеточный контроль.

Возможности разработки вакцин

Иммунологи предъявляют жесткие требования к вакцине: она не должна пропускать ВИЧ в клетки-мишени; нейтрализовать ВИЧ до проникновения его в мозг; обеспечивать распознавание иммунной системой всех возможных вариантов ВИЧ и гарантировать защиту всех вакцинированных.

Так обстоят дела с получением вакцины против ВИЧ. В исследования включились крупнейшие ученые ряда стран. Несмотря на чрезвычайную сложность проблемы, наметились различные пути ее решения, постоянно генерируются новые идеи, в некоторых лабораториях уже начаты клинические испытания вакцины на людях. Все это дает основания надеяться, что вакцина против вируса СПИДа будет получена. Но все же подавляющее большинство ученых, работающих в этой области, считают, что широкого применения вакцины надо ожидать не ранее, чем через 5—7 лет.

Возможности разработки вакцин

А если в ближайшее время рассчитывать на вакцину не приходится, то хотя бы для приостановки роста эпидемии необходимо перекрыть основные пути передачи ВИЧ. В связи с этим ВОЗ создала специальные, направленные на это программы. Основные пункты этих программ:

  • Санитарное просвещение
  • Предотвращение передачи вируса половым путем
  • Предотвращение передачи вируса при инъекции наркотиков
  • Предотвращение вертикальной передачи вируса
  • Борьба с передачей вируса через кровь, препараты крови, донорские органы
  • Профессиональные работники здравоохранения как пропагандисты
  • Эпидемиологический надзор
  • В чем опасность ЗППП
  • Венерические заболевания
  • Группы риска заражения ЗППП
  • Диагностика ЗППП
  • ЗППП - заболевания, передающиеся половым путем
  • Инкубационный период ЗППП
  • Инфекционные заболевания
  • ИППП – инфекции, передающиеся половым путем
  • Легенды и мифы о венерических заболеваниях
  • Лечение ЗППП
  • Подготовка к анализам на инфекции
  • Последствия и осложнения ЗППП
  • Профилактика заболеваний, передающихся половым путем (ЗППП)
  • Профилактика ЗППП
  • Пути передачи ЗППП
  • Симптомы и признаки ЗППП
  • СПИД
    • Анализы на ВИЧ и СПИД
    • Взаимодействие ВИЧ с другими клетками организма
    • Взаимодействие ВИЧ с моноцитами
    • Взаимодействие ВИЧ с Т-супрессорами
    • ВИЧ-2
    • ВИЧ-инфекция
    • Влияние ВИЧ на Т-хелперы
    • Возможности разработки вакцин
    • Гены и белки ВИЧ
    • Диагностика ВИЧ инфекции
    • Заключение
    • Клинические проявления ВИЧ инфекции
    • Ко-факторы ВИЧ-инфекции
    • Лечение ВИЧ и СПИД
    • Лечение ВИЧ инфекции
    • Макрофаги и вич
    • Механизмы взаимодействия ВИЧ с различными звеньями иммунной системы
    • Новые варианты вируса СПИД
    • Оппортунистические инфекции и опухоли
    • Особенности инфицирования и заболевания детей
    • Патогенез и клиника ВИЧ инфекции
    • Передача ВИЧ инфекции
    • Последствия ВИЧ и СПИДа
    • Профилактика СПИДа и ВИЧ-инфекции
    • Пути передачи ВИЧ
    • Регуляция экспрессии вирусных генов
    • Результаты взаимодействия ВИЧ с В-клетками
    • Симптомы ВИЧ
    • Система интерферона при ВИЧ инфекции
    • СПИД-ассоциированный комплекс
    • Строение вирусной частицы ВИЧ
    • Строение генома и экспрессия генов ВИЧ

    До 28 февраля "Знакомство с доктором" на первичный прием врача скидка 20%
    * Подробности уточняйте у администраторов

    В предыдущей статье обсуждалось получение многообещающих результатов, связанных с возможностью подавления репликации вируса в организме инфицированного человека с помощью противовирусных препаратов. Большинство методов лечения нацелены на подавление вируса и предотвращение инфицирования им новых клеток.

    Тем не менее, несмотря на надежды, связанные с разработкой методов лечения, основная задача борьбы с ВИЧ во всем мире связана с предотвращением ВИЧ-инфицирования. Вирус продолжает быстро распространяться, особенно в слаборазвитых странах.

    В дальнейших статьях будет описана история и современные подходы к разработке вакцин против ВИЧ. Большинство экспериментальных исследований были проведены с использованием штаммов SIV или SHIV на приматах, в основном на макаках резус, но также использовались и другие модели на животных. Оценка ранее использовавшихся традиционных подходов к созданию вакцин позволила выявить неэффективные направления.

    В настоящее время необходимо рассматривать новые возможности, основанные на знании того, что для борьбы с ВИЧ-инфекцией необходимо распознавание инфицированных вирусом клеток, а не только свободных вирионов.

    В дальнейших статьях обсуждаются вопросы разработки вакцин, направленных на предотвращение инфицирования вирусом. Недавно была продемонстрирована возможность введения иммуноге-нов, которые могут быть использованы при разработке вакцин, уже инфицированным пациентам с целью активации их иммунной системы, одновременно с назначением противоретровирусных препаратов.

    При разработке вакцин необходимо учитывать различные особенности ВИЧ-инфекции и ее распространения. Не все традиционные подходы к разработке вакцин могут успешно применяться в случае ВИЧ-инфекции. Например, в связи с отсутствием зафиксированных случаев полной элиминации ВИЧ-инфекции из организма сероположительных лиц, защита от инфицирования, являющаяся целью использования большинства вакцин, может не являться адекватной конечной целью создания вакцины против ВИЧ.

    Кроме того, ранее разработанные вакцины защищали организм от вирусов, которые не менялись с течением времени, и обычно для их создания использовали убитые или ослабленные вирусы. В настоящее время такие подходы к разработке вакцины против ВИЧ считаются небезопасными. Наконец, другие инфекционные вирионы, против которых были созданы эффективные вакцины, обычно редко встречаются и передаются через слизистые оболочки дыхательных путей или желудочно-кишечного тракта, а не половым путем.

    Противовирусные вакцины, используемые в настоящее время, также направлены против возбудителей, распространение которых не связано с определенными моделями поведения (например, с половой активностью) и которые не связаны с клетками.

    Модели ВИЧ на животных

    Характеристики традиционных вакцин:
    • Установление естественного иммунитета против повторного инфицирования, сходного с таковым у лиц, выздоровевших после ранее перенесенной инфекции
    • Защита от развития заболевания, но не от инфицирования
    • Защита в течение нескольких лет от инфицирования вирусами, которые не изменяются с течением времени
    • Обычно представляют собой цельные убитые или живые ослабленные вирусы
    • Защищают от инфицирования через слизистые оболочки дыхательных путей или желудочно-кишечного тракта, но не от заражения половым путем
    • Направлены против вирусов, распространение которых преимущественно не связано с особенностями поведения
    • Направлены на свободные микроорганизмы, но не на организмы, связанные с клетками

    Первоначально полученные данные относительно серологической перекрестной реактивности области петли V3 (т.е. основного нейтрализующего домена), индукции перекрестных цитотоксических реакций Т-лимфоцитов (ЦТЛ) и расширения противовирусных реакций у животных, иммунизированных gp120 и петлей V3, дали надежду на возможность разработки вакцины против ВИЧ.

    Кроме того, существование людей, много раз контактировавших с ВИЧ, но остающихся серо-негативными (HESN), указывает на возможность полной защиты против ВИЧ. Тем не менее ответ на вопрос о возможности защиты организма-хозяина с помощью современных направлений разработки вакцин, направленных против действия высоких доз вирусов (>100 инфекционных частиц) и инфицированных вирусом клеток, до сих пор не получен.

    Важно отметить, что с точки зрения вакцин против ВИЧ не существует четкого определения коррелятов защитного иммунитета. Необходимо, чтобы такая вакцина вызывала мощную активацию врожденного иммунитета, который, как было показано, отвечает за отсутствие инфицирования у лиц с высоким риском заражения. Также необходима разработка методов индукции иммунных реакций такого типа, которые бы не вызывали сильной иммунной активации.

    То есть необходимо достичь индукции врожденного и приобретенного иммунитета, а также иммунитета на слизистых оболочках. Аналогичные подходы используются при разработке вакцин от гепатита С. Кроме того, для разработки наиболее эффективной стратегии иммунизации необходимо определить способ и время введения вакцины.

    Возможные корреляты защитного иммунитета против ВИЧ-инфекции:
    • Врожденные иммунные реакции (например, плазмо-цитоидные дендритные клетки и нецитотоксические противовирусные факторы CD8+-клеток)
    • Активность NK-клеток
    • Активность ЦТЛ (CD4+- и CD8+-клеток)
    • Антителозависимая клеточная цитотоксичность
    • Нейтрализующие антитела

    Большинство подходов к разработке вакцины против ВИЧ направлены на индукцию реакций приобретенного иммунитета, в том числе выработку нейтрализующих антител и антигенс-пецифические клеточные иммунные реакции. К настоящему времени описаны условия, необходимые для эффективной реализации реакций врожденного иммунитета. В связи с этим недавно проведенные исследования на макаках резус показали, что внутривлагалищная инокуляция SIV приводит к появлению небольшого очага вирусной инфекции.

    Предположительно, если подавить репликацию вируса в этом месте, инфицирования не произойдет. Ранняя реакция клеток врожденного иммунитета может обеспечить прямое уничтожение инфицированных вирусом клеток на слизистых оболочках или в лимфатических узлах (например, с помощью NK-клеток) или подавить вирус, предотвратив, таким образом, его распространение (например, с помощью высвобождения интерферона плазмацитоид-ными дендритными клетками или противовирусного фактора CD8+-клеток (CAF), вырабатываемого CD8+-клетками).

    Если тем не менее не удается эффективно бороться с проникшим в организм вирусом, для предотвращения развития заболевания необходима активация реакций приобретенного иммунитета, связанных с выработкой нейтрализующих антител, а также с выраженной активностью ЦТЛ, направленной против инфицированных вирусом клеток. На модели внутривлагалищного введения SIV было показано, что ЦТЛ реагируют слишком поздно. Вакцина должна активировать быструю реакцию против ВИЧ, в связи с чем врожденный иммунитет может выступать в качестве средства усиления врожденных и приобретенных иммунных реакций против ВИЧ.

    В связи с этим в статьях обсуждается, каким образом эффективность вакцины может зависеть от использования конкретного адъюванта, содержащего определенные иммунопотенцирующие средства и средства доставки. Идеальный адъювант должен вызывать мощную активацию врожденного иммунитета.

    Белки ВИЧ с цитотоксическими свойствами

    Методы иммунизации, исследованные при создании вакцин против ВИЧ:
    • Парентеральный
    • Пероральное введение (аденовирус, полиовирус, сальмонелла, трансгенные растения)
    • Интраназальная, внутривлагалищная, ректальная или внутриматочная инокуляция
    • Использование липосом, микросфер, микрокапсул, иммуностимулирующих комплексов
    • ДНК-иммунизация
    • Использование цитокинов (например, IL-2 и GM-CSF)

    Основная проблема вакцинологии заключается в поиске адекватной модели ВИЧ-инфекции на животных. Как отмечалось выше, исследования кандидатов на роль вакцины против ВИЧ-1 в основном проводились на приматах, у которых, до некоторой степени, можно воспроизводить естественную ВИЧ-инфекцию. В этих исследованиях проводили инфицирование макак вирусом SIV или химерными вирусами SIV х ВИЧ-1 (SHIV) и с помощью таких удобных моделей на приматах изучали действие вакцин против ВИЧ-1.

    Обычно иммуногенность потенциальной вакцины сначала тестируется на небольших животных, например на мышах, морских свинках и кроликах, а затем иммуногенность и эффективность изучают на приматах. При получении положительных результатов начинаются исследования вакцины на человеке.

    Для исследований на животных использовали шимпанзе как наиболее близкородственный вид по отношению к человеку, однако эти животные дорого стоят и обычно у них не происходит репликации ВИЧ до высоких титров или развития заболевания. В связи с этим обычно проводятся исследования на макаках резус с использованием SIV, которые представляют собой основную модель, используемую для разработки вакцин против лентивирусов.

    Однако SIV обладает большей вирулентностью по сравнению с обычными штаммами ВИЧ-1, и результаты, полученные на такой модели, не могут быть полностью перенесены на вакцину против ВИЧ. Также для разработки вакцин используется инфицирование бабуинов ВИЧ-2, как и успешное инфицирование свинохвостых макак (Macaca nemestrina) ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Тем не менее ни одна из этих моделей на приматах до сих пор не была достаточно успешно использована для получения сравнительной оценки.

    Было исследовано или рассматривалась возможность использования девяти типов вакцин для предотвращения ВИЧ-инфицирования. Изучение каждого из них давало некоторые перспективные результаты для разработки вакцин против других вирусов, включая современное использование антиидиотипов.

    В будущем, возможно, для разработки вакцин будут использоваться растения, при этом защита будет индуцироваться с помощью белков, экспрессируемых вирусами растений, несущих гены ВИЧ (например, вируса мозаики люцерны или вигны), или с помощью растительных продуктов ВИЧ, получаемых прямыми генно-инженерными методами. Ниже будут рассмотрены подходы к созданию вакцин против ВИЧ, заслужившие наибольшее внимание.

    Современная модель вириона ВИЧ

    Вирион ВИЧ с обозначенными структурными и другими белками.
    Точная локализация белков Nef и Vif, связанных с сердцевиной, до сих пор не установлена.
    Использованы рекомендованные сокращения названий вирусных белков.

    Подходы к созданию вакцины против ВИЧ:
    • Цельный убитый (инактивированный) вирус: естественный или генно-инженерный (рекомбинантный)
    • Живые (ослабленные) разновидности: естественные или рекомбинантные (например, с делецией гена nef)
    • Субъединичная вакцина (естественная или рекомбинантная): белки оболочки (gp120, gp160, gp41); Gag-белки (олигомеры)
    • Вирусные белки в составе живых векторов (например, вируса коровьей оспы, полиовируса, вируса простого герпеса, аденовируса, бакуловируса, Ту-частицы и различных бактерий)
    • Белки сердцевины и оболочки вируса (псевдовирионы): вирусоподобные частицы
    • Производные от последовательностей пептидов ВИЧ (например, эпитопы V3 и эпитопы для ЦТЛ/Th)
    • Антиидиотипы нейтрализующих антител
    • Трансфекция ДНК
    • Белки, полученные от растений

    Фактически проблема разработки эффективной вакцины против СПИДа связана с пониманием того, что сам ВИЧ вызывает развитие хронической инфекции, несмотря на выраженные противовирусные иммунные реакции.

    При невозможности полного уничтожения вируса необходимо поддерживать долговременный контроль над его репликацией, и количество вируса в жидких средах организма будет существенно снижено. Таким образом, можно уменьшить распространение ВИЧ. По сути, основная роль вакцин заключается в защите от инфекции для популяции, а не для отдельного индивида. С точки зрения отдельного человека разумной целью может быть защита от развития заболевания, но не от инфицирования.

    Таким образом, данные, полученные к настоящему моменту, говорят о том, что при создании вакцин необходимо использовать подходы, которые могут приводить к активации как врожденного, так и приобретенного иммунитета. Также очень важно отметить, что положительный эффект первых вакцин против ВИЧ может скорее быть связан с предотвращением начала развития заболевания, чем с предотвращением инфицирования.

    Потенциальное значение трансгенных растений для разработки вакцин:
    • Экономный способ увеличения продукции белков
    • Отсутствие возможности заражения вирусами животных
    • Возможность как парентерального введения вакцины, так и получения ее с пищей

    Лишь у небольшого числа людей, инфицированных ВИЧ, вырабатываются особые антитела, называемые широконейтрализующими. Эти антитела нейтрализуют почти все известные штаммы вируса. Поэтому исследования по разработке вакцины против ВИЧ сейчас сосредоточены на выявлении факторов, ответственных за производство таких антител.

    1. Геном ВИЧ-1 влияет на иммунную реакцию

    по теме


    Профилактика

    Большой шаг на пути к "идеальной" вакцине

    Швейцарская исследовательская группа под руководством Цюрихского университета (UZH) и университетской больницей Цюриха (USZ) пыталась обнаружить эти факторы в течение многих лет. Некоторые из них уже были идентифицированы: например, вирусная нагрузка и разнообразие вирусов, продолжительность инфекции и этническая принадлежность пациента могут влиять на иммунную реакцию организма. "В нашем новом исследовании мы смогли выявить еще один фактор — геном вируса иммунодефицита человека, — говорит заместитель директора Департамента инфекционных болезней и клинической эпидемиологии USZ Гюнтхард Хулдрих.

    2. Реакция схожих образцов антител у разных пациентов

    3. Специальные белки оболочки вируса обеспечивают широкую защиту

    Антитела против ВИЧ связываются с белками на поверхности вируса. Белки оболочки вируса различаются в зависимости от штамма и подтипа вируса. Поэтому исследователи особенно внимательно изучили пару пациентов с очень похожими геномами вирусов и в то же время очень сильной активностью нейтрализующих антител широкого спектра. "Мы обнаружили, что в оболочке вируса должен содержаться особый белок, вызывающий эффективную защиту", — объясняет Александра Тркола, вирусолог и руководитель Института медицинской вирусологии в USZ.

    4. Поиск идеального белка оболочки продолжается

    Для того, чтобы иметь возможность разработать эффективную вакцину против ВИЧ-1, необходимо точно определить белки оболочек и штаммы вирусов, которые приводят к образованию антител широкого спектра. Поэтому в настоящий момент планируется расширить поиск. "Мы нашли одного подходящего кандидата. Исходя из этого, мы сейчас хотим сами начать разработку иммуногена", — добавляет Тркола.

    Ученый пояснил, что пептиды-имитаторы, полученные алтайскими и новосибирскими учеными, входят в состав прообраза вакцины – экспериментального иммуногена. Сейчас ученые наблюдают за тем, как на экспериментальные молекулы отвечает иммунная система животных.

    ДНК-вакцинация

    Используя один и тот же плазмидный или вирусный вектор, можно создавать вакцины против различных инфекционных заболеваний, меняя только последовательность, кодирующую необходимые белки-антигены. При этом отпадает необходимость работать с опасными вирусами и бактериями, становится ненужной сложная и дорогостоящая процедура очистки белков. Препараты ДНК-вакцин не требуют специальных условий хранения и доставки, они стабильны длительное время при комнатной температуре.

    Уже разработаны и испытываются ДНК-вакцины против инфекций, вызываемых вирусами гепатитов B и C, гриппа, лимфоцитарного хориоменингита, бешенства, иммунодефицита человека (ВИЧ), японского энцефалита, а также возбудителями сальмонеллеза, туберкулеза и некоторых паразитарных заболеваний (лейшманиоз, малярия). Эти инфекции крайне опасны для человечества, а попытки создать против них надежные вакцинные препараты классическими методами оказались безуспешными.

    ДНК-вакцинация — одно из самых перспективных направлений в борьбе с раком. В опухоль можно вводить разные гены: те, что кодируют раковые антигены, гены цитокинов и иммуномодуляторов.

    Проведя компьютерный (in silico) анализ генома, исследователь получает не только список кодируемых белков, но и некоторые их характеристики, например, принадлежность к определенным группам, возможная локализация внутри бактериальной клетки, связь с мембраной, антигенные свойства.

    Третий подход основан на протеомной технологии. Ее методы дают возможность детализировать количественную и качественную характеристики белков в компонентах клетки. Существуют компьютерные программы, которые по аминокислотной последовательности могут предсказать не только трехмерную структуру изучаемого белка, но и его свойства и функции.

    Используя эти три метода, можно отобрать набор белков и соответствующие им гены, которые представляют интерес для создания вакцины. Как правило, в эту группу входит около 20-30% всех генов бактериального генома. Для дальнейшей проверки нужно синтезировать и очистить отобранный антиген в количествах, необходимых для иммунизации животных. Очистку белка проводят с помощью полностью автоматизированных приборов. Используя современные технологии, лаборатория, состоящая из трех исследователей, может в течение месяца выделить и очистить более 100 белков.

    Важно не только создать вакцину, но и найти наилучший способ ее доставки в организм. Сейчас появились так называемые мукозальные вакцины, которые вводятся через слизистые оболочки рта или носа либо через кожу. Преимущество таких препаратов в том, что вакцина поступает через входные ворота инфекции и тем самым стимулирует местный иммунитет в тех органах, которые первыми подвергаются атаке микроорганизмов.

    Терапевтические вакцины

    Существующие терапевтические вакцины для лечения хронических воспалительных заболеваний, вызванных бактериями или вирусами, получают классическими методами. Такие вакцины способствуют развитию иммунитета к входящим в их состав микроорганизмам и активизируют врожденный иммунитет.

    Терапевтические вакцины

    Одна из важнейших целей разработчиков терапевтических вакцин — ВИЧ-инфекция. Уже проведена серия доклинических и клинических испытаний нескольких препаратов. Их способность вызывать развитие клеточного иммунитета у здоровых людей не вызывает сомнений. Однако убедительных данных о том, что вакцины подавляют размножение вируса у больных, пока нет.

    Схема изготовления дендритной вакцины такова: из крови больного выделяют клетки, которые дают начало дендритным клеткам, и размножают их в лабораторных условиях. Одновременно из опухоли пациента выделяют белки-антигены. Дендритные клетки некоторое время выдерживают вместе с опухолевыми антигенами, чтобы они запомнили образ врага, а затем вводят больному. Такая стимуляция иммунной системы заставляет организм активно бороться с опухолью.

    У мышей дендритные вакцины помогают предупредить повторное развитие карциномы после удаления опухоли. Это позволяет надеяться, что они будут эффективны для продления безрецидивного периода онкологических больных после хирургического вмешательства.

    Читайте также: