Układ odpornościowy chroni organizm przed rozwojem chorób wywołanych obecnością patogenówpatogenpatogenów. Mechanizmy odporności wrodzonej, takie jak wydzieliny ciała, kwaśny odczyn potu i soku żołądkowego czy ciągłość budowy naskórka, uniemożliwiają wniknięcie z zewnątrz chorobotwórczych drobnoustrojów. W przypadku gdy mechanizmy te zostają pokonane i dochodzi do zakażenia, organizm człowieka uruchamia mechanizmy odporności nabytej. W reakcji odpornościowej tego typu uczestniczą komórki układu immunologicznego. Rozpoznają one patogen na podstawie obcych antygenów, swoistych dla danego drobnoustroju. Następuje aktywacja limfocytów Tlimfocyty Tlimfocytów T, które pobudzają właściwości żerne makrofagów, oraz zachodzą podziały komórkowe limfocytów Blimfocyty Blimfocytów B. Powstają dwie linie komórek: komórki plazmatyczne, produkujące przeciwciałaprzeciwciałaprzeciwciała, oraz komórki pamięci, zapamiętujące rodzaj przeciwciała, które należy wytworzyć przy ponownym kontakcie z danym patogenem.

Profilaktyka chorób wywoływanych zakażeniami wirusowymi i bakteryjnymi opiera się na wykorzystaniu mechanizmów odporności nabytej. W celu stymulacji układu odpornościowego przeciwko określonemu patogenowi stosuje się szczepionki. Pobudzają one układ immunologiczny w sposób analogiczny do reakcji, jaka następuje podczas pierwszego kontaktu z patogenem.

Szczepionki są biologicznymi preparatami zawierającymi antygenyantygenantygeny drobnoustrojów chorobotwórczych. Ze względu na skład wyróżnia się szczepionki o słabo zdefiniowanym składzie, zawierające osłabione bądź inaktywowaneinaktywacjainaktywowane patogeny, oraz o zdefiniowanym składzie, będące szczepionkami nowej generacji. Preparaty nowego typu pozbawione są wielu wad szczepionek otrzymywanych konwencjonalnymi metodami mikrobiologicznymi – m.in. nie występuje w ich przypadku ryzyko rewersji patogenności, czyli nabycia przez patogen ponownej zdolności do wywoływania chorób.

Do produkcji szczepionek nowej generacji wykorzystywane są metody biologii molekularnej oraz inżynierii genetycznej. Z ich pomocą konstruuje się szczepionki oparte na antygenach pozyskanych od zrekombinowanych mikroorganizmów – z tego powodu nazywane są szczepionkami rekombinowanymi. Wśród nich wyróżnia się: szczepionki podjednostkowe inaktywowane, szczepionki delecyjne, szczepionki znakowane, szczepionki wektorowe oraz szczepionki DNA.

Nie wszystkie stosowane aktualnie szczepionki to szczepionki rekombinowane, ale wyparły one np. szczepionki starszej generacji przeciw WZW typu B (niegdyś wytwarzane z osocza osób zakażonych). Współcześnie stosowane szczepionki przeciw WZW typu B zawierają oczyszczony antygen wirusa, otrzymywany z hodowli genetycznie zmodyfikowanych drożdży. Szczepionkami rekombinowanymi są też niektóre szczepionki przeciw COVID‑19, zawierające charakterystyczną dla wirusa glikoproteinę wytwarzaną w genetycznie zmodyfikowanych komórkach ludzkich nerki.

Szczepionki podjednostkowe inaktywowane zawierają obce antygeny, czyli fragmenty chorobotwórczych wirusów bądź bakterii. Są to cukry, białka lub glikoproteiny, wyzwalające reakcję odpornościową zainfekowanego organizmu. Obce antygeny pozyskuje się na dwa sposoby:

• na drodze izolacji antygenów od innych składników chorobotwórczych wirusów i bakterii za pomocą metod fizykochemicznych – wymagają oczyszczenia;

• na drodze wytwarzania antygenów w organizmach transgenicznychorganizm transgenicznyorganizmach transgenicznych, najczęściej w komórkach bakterii lub drożdży – nie wymagają oczyszczenia.

Wykorzystanie w szczepionce obcych antygenów umożliwia otrzymanie przeciwciał skierowanych przeciwko konkretnemu patogenowi, którego elementem strukturalnym jest pozyskany antygen. W przypadku podjednostkowych szczepionek inaktywowanych nie ma ryzyka wystąpienia po ich podaniu objawów chorobowych.

Pierwszą rekombinowaną szczepionką podjednostkową była opracowana w 1982 r. szczepionka przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B (WZW B).

Do szczepionek zawierających inaktywowane wirusy zalicza się między innymi szczepionki przeciwko kleszczowemu zapaleniu mózgu, wściekliźnie, polio i wirusowemu zapaleniu wątroby typu A, natomiast do szczepionek, zawierających inaktywowane bakterie, należą między innymi: pełnokomórkowa szczepionka przeciwko durowi brzusznemu oraz pełnokomórkowa szczepionka przeciwko krztuścowi.

R1AXolGcr7xty

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia połączone ze sobą, w większości kuliste, brązowe cząsteczki wirusa Nilu Zachodniego. Na nierównej powierzchni cząsteczek są niewielkie wgłębienia. Każdą z tych cząstek pokrywa płaszcz białkowy, czyli kapsyd. Cząstki wirusa nie mające kulistego kształtu mają formę walcowatą albo są nieregularne. Tworzą strukturę przypominającą gruby sznur, na którym jest węzeł. Pojedynczy wirion ma około pięćdziesięciu nanometrów średnicy. Znajduje się na różowo‑białym podłożu.

RWtm1FYYowMm21

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia liczne prątki gruźlicy. Mają one walcowaty, pałeczkowaty kształt. Na ich ciele znajdują się nieliczne, okrągłe wypustki. Przypominające punkty. Poza tym ich ciało jest gładkie i smukłe. Są połączone nieregularnie, ścianami bocznymi. W świetle mikroskopu mają kolor niebieski.

Szczepionki delecyjne zawierają żywe bakterie i aktywne cząstki wirusa, które są atenuowane, czyli pozbawione zdolności do wywołania choroby. Za pomocą technik inżynierii genetycznej z genomu chorobotwórczych drobnoustrojów usuwa się na drodze delecjidelecjadelecji geny odpowiedzialne za zjadliwość patogenu. Jednak atenuowane drobnoustroje zawierają antygeny, których obecność wywołuje reakcję odpornościową.

Zastosowanie szczepionki delecyjnej skutkuje wytworzeniem przeciwciał i w konsekwencji – wykształceniem odporności.

Do szczepionek delecyjnych zalicza się szczepionki przeciwko chorobie Aujeszkyego, pryszczycy, chorobie niebieskiego języka, klasycznemu pomorowi świń oraz grypie ptaków.

RfFfCuHvVBYj61

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia okrągłe, niewielkie cząsteczki wirusa pryszczycy. Tworzą one strukturę przypominającą plaster miodu. Niektóre pośród zielonych cząsteczek są spłaszczone. Cząsteczki są połączone nierównomiernie, ścianami bocznymi. W niektórych miejscach pomiędzy cząsteczkami są wielokształtne otwory.

Szczepionki znakowane zawierają żywe bakterie lub aktywne cząstki wirusa, których genom został pozbawiony niektórych genów kodujących antygeny. Ze względu na zubożenie genomu charakterystycznego dla szczepów chorobotwórczych są one uznawane za rodzaj szczepionek delecyjnych.

Obecnie preparaty te wykorzystywane są w weterynarii do odróżnienia zwierząt wcześniej szczepionych i niezakażonych wirusem pryszczycy od nieszczepionych i zakażonych.

Szczepionki wektorowe zawierają wektory, czyli nośniki materiału genetycznego chorobotwórczego drobnoustroju. Wektorami są żywe bakterie lub aktywne cząstki wirusa, którym za pomocą technik inżynierii genetycznej wprowadzono do genomu obcy gen, kodujący antygen patogenu. Spośród bakterii jako wektory wykorzystuje się najczęściej Gram‑ujemne pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) i Gram‑dodatnie Listeria monocytogenes. Spośród wirusów jako wektory wykorzystuje się szczepy wirusa krowianki (Variola vaccinia) lub wirusa ospy ptasiej.

RSXi2FMxVnY8Q

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia cząsteczki wirusa wścieklizny. Te pojedyncze, walcowate cząsteczki mają liczne wypustki. Mają też nieregularną, płaską strukturę. Pokrywają całą powierzchnię niebieskiego wirionu. Są rozmieszczone dendrycznie. Wiriony znajdują się od siebie w niedużych odległościach.

Szczepionki DNA zawierają plazmidowe DNA bakterii z dołączonym odcinkiem cDNA, kodującym obcy antygen chorobotwórczego drobnoustroju. Wprowadzone do organizmu człowieka zrekombinowane plazmidy ulegają ekspresji, w wyniku czego zaszczepiony organizm sam produkuje antygeny chorobotwórczego drobnoustroju. Układ immunologiczny rozpoznaje je i rozpoczyna reakcję odpornościową.

Do wektora można wprowadzić geny kilku różnych chorobotwórczych drobnoustrojów, dzięki czemu organizm rozwinie odporność przeciwko kilku chorobom przy jednokrotnym podaniu szczepionki. Szczepionki DNA nie są szkodliwe dla zdrowia, m.in. dlatego, że w swoim składzie nie zawierają substancji dodatkowych, np. konserwantów. Współczesna medycyna wiąże spore nadzieje ze szczepionkami DNA, które mogą zostać wykorzystane nie tylko w profilaktyce chorób zakaźnych, ale także w terapii chorób autoimmunologicznych i nowotworowych.

Do tej pory żadna szczepionka DNA nie została zatwierdzona do stosowania u ludzi. Prowadzone są badania nad szczepionkami DNA, które miałyby zapobiegać zakażeniom m.in. HIV, wirusami opryszczki, wirusowego zapalenia wątroby typu B i malarii.

Słownik