Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Северо-Кавказский Федеральный Университет

Институт живых систем

Кафедра ботаники, зоологии и общей биологии

Реферат

на тему: «Развитие иммунобиотехнологии»

Выполнила студентка 3 курса

группы био-б-о-14-2

Бабичева Виктория Александровна

Проверила: кандидат биологических наук

доцент кафедры ботаники, зоологии

и общей биологии Гандрабурова Надежда Ивановна

Ставрополь, 2016

Введение

Современную иммунологию можно рассматривать в двух взаимосвязанных аспектах: во-первых, как науку, которая изучает механизмы функционирования иммунной системы и использование полученных данных для диагностики, профилактики и лечения многих болезней, связанных с функционированием этой системы инфекций, аутоиммунных процессов, аллергий, рака и т.д., во-вторых, как научную основу одной из отраслей биотехнологии иммунобиотехнологии, способной обеспечить производство веществ, необходимых не только для воздействия на саму иммунную систему и для медицины вообще, но и крайне необходимых для многих научных и прикладных отраслей, в которых требуется индикация биоорганических субстанций, вирусов, бактерий.

Основой такого применения является чрезвычайная точность и чувствительность иммунологических методов. Большие перспективы имеет также использование антител, например, для выделения биоорганических соединений в чистом виде имуносорбентными методами, в направленном транспорте лекарственных препаратов и т.д.

Биотехнология - отрасль деятельности человека, основанная на знаниях и методах биохимии, микробиологии, генетики, иммунологии, химической технологии и позволяет извлекать пользу из свойств микроорганизмов и культур клеток в промышленных процессах. Биотехнологию рассматривают как промышленное использование биологических процессов и агентов на основе полученных высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток, тканей растений и животных с заданными свойствами, метаболизм биосинтетических возможности которых обеспечивают продуцирования специфических веществ, используемых человеком.

В промышленном масштабе биотехнология превращается в биоиндустрии.

Развитие биотехнологии неотделимо от стремительного познания жизненных процессов, а результаты фундаментальных исследований жизненных явлений на клеточном и молекулярном уровнях, в свою очередь, тесно связаны с техническим прогрессом и технологическими новшествами.

К иммунобиотехнологии относят все процессы, связанные с получением и использованием в практике веществ и соединений, которые влияют на функционирование иммунной системы человека.

Традиционными процессами, относящихся к иммунобиотехнологии, можно считать культивирования микроорганизмов в технических масштабах для изготовления диагностических препаратов и вакцин, получения антител из сыворотки крови иммунизированных животных для создания диагностикумов и для терапевтического использования специфических гаммаглобулинов в лечении многих инфекционных болезней и т.д.

История развития иммунобиотехнологии

Иммунобиотехнология - наука о защитных реакциях организма, направленных на сохранение его структурной и функциональной целостности и биологической индивидуальности. Иммунология -- быстро развивающаяся дисциплина широкого биологического профиля, выросшая как отрасль медицинской микробиологии.

Теоретические направления в иммунобиотехнологии -- изучение на клеточном и молекулярном уровне механизма образования антител, их патогенетической роли, филогенеза и онтогенеза иммунной системы -- всё чаще объединяют термином иммунобиология.

Иммунология берёт своё начало из следующего наблюдения: люди, перенёсшие заразное заболевание, обычно могут без опасности для себя ухаживать за больными во время эпидемий данного заболевания. В 1796 Э. Дженнер разработал способ искусственной иммунизации против оспы путём заражения человека коровьей оспой. Начало И. как самостоятельной науке положило открытие Л. Пастера (1880), обнаружившего, что иммунизация кур старой холерной культурой создаёт у них устойчивость к заражению высоковирулентным возбудителем куриной холеры. Пастер сформулировал основной принцип создания вакцин и получил вакцины против сибирской язвы и бешенства. И. И.Мечников (1887) открыл феномен Фагоцитоза и создал клеточную (фагоцитарную) теорию иммунитета. К 1890 работами немецкого бактериолога Э. Беринга и его сотрудников было показано, что в ответ на введение микробов и их ядов в организме вырабатываются защитные вещества -- Антитела. Немецкий учёный П. Эрлих (1898, 1900) выдвинул гуморальную теорию иммунитета. В 1898--99 бельгийский учёный Ж. Борде и русский учёный Н. Н. Чистович обнаружили образование антител в ответ на введение чужеродных эритроцитов и сывороточных белков. Это открытие положило начало неинфекционной И. В 1900 австрийский иммунолог К. Ландштейнер открыл Группы крови человека и создал основу учения о тканевых изоантигенах .Новое, предсказанное австралийским учёным Ф. Бёрнетом направление в иммунологии -- учение об иммунологической толерантности -- возникло после экспериментального воспроизведения этого феномена английским учёным П. Медаваром (1953).

Началом отечественной иммунобиотехнологии положили работы И.И. Мечникова, А.А. Безредки, Г.Н. Габричевского, Н.Ф. Гамалеи, Л.А. Тарасевича. Советская иммунобиотехнология 20-30 х гг. наряду с решением практических вопросов плодотворно занималась теоретическими исследованиями( работы И.Л. Кричевского, В.А. Барыкина, В.А. Любарского, С.И. Гинзбург-Калининой). В 40-60-е гг. проблемы иммунобиотехнологии успешно решались под руководством Л.А. Зильбера, П.Ф. Здродовского, Г.В. Выгодчикова, М.П. Покровской, В.И. Иоффе, А.Т. Кравченко и др.

Иммунобиотехнология как один из разделов биотехнологии

Биотехнология - это наука об использовании биотехнологических процессов в технике и промышленном производстве.

К числу биологических процессов относят те, в которых применяют биологические объекты различной природы (микробной, растительной или животной). Биотехнология как наука формировалась и развивалась по мере развития человеческого общества. Возникновение и развитие биотехнологии можно подразделить на 4 периода:

* эмпирический;

* этиологический;

* биотехнический;

* генотехнический.

Отрасли биотехнологии:

* медицинская биотехнология;

* иммунобиотехнология;

* инженерная энцимология;

* биогеотехнология.

Иммунобиотехнология - это раздел современной биотехнологии, представленной как научными достижениями, так и динамично развивающимся технологическим производством диагностических, профилактических и лекарственных средств с применением в качестве действующего начала разных агентов и процессов иммунной системы. Известно, что человек обладает иммунной системой для защиты от воздействия внешних неблагоприятных факторов, биологически активных агентов. В качестве таких агентов выступают клетки микроорганизмов, вирусы, белки, нуклеиновые кислоты, антибиотики, пестициды, объединенные под общим названием антигенов. Понятие «антиген» является общим, так как обозначает определенную химическую структуру, против которой могут быть получены антитела.

На самом деле антитела образуются не против всей молекулы белка или бактериальной клетки, а только к небольшим участкам на их поверхности, получившим название антигенных детерминант (эпитопов). Что касается низкомолекулярных соединений, например некоторых лекарств, то сами по себе они не могут вызывать образование антител. Их называют гаптенами. Однако после присоединения гаптенов к поверхности какой-либо макромолекулы организм начинает вырабатывать антитела. Причем даже малые размеры гаптена по отношению к объему полости активного центраантитела не являются препятствием для образования высокоспецифических антител, хотя гаптен в этом случае связывается лишь с частью специфических участков активного центра антитела.

Антигены внешней среды поступают в организм человека с воздухом, водой, пищей, через слизистые и кожные покровы.

Для специфической профилактики и лечения инфекционных заболеваний большое значение имеют вакцины и иммунные сыворотки. Специфические иммунные сыворотки используют также как диагностические препараты при определении антигенной структуры возбудителя инфекционного заболевания.

Вакцины. Препараты, введение которых предохраняет от заболевания. Содержат убитые микробы (корпускулярные вакцины), антигены микробов, полученные химическим путем (химические вакцины), или живые ослабленные микробы. Препараты, приготовленные из токсинов, называют анатоксинами. Наилучший защитный эффект получают при введении вакцин, содержащих живые ослабленные микробы.

Сывороточные препараты. Специфические иммунные сыворотки содержат антитела (иммуноглобулины) к определенным видам микроорганизмов. Сывороточные препараты используют для лечения, так как введение в организм антител обеспечивает быстрое обеззараживание микробов и их токсинов. Иммунные сыворотки применяются также с диагностической целью для определения антигенного состава микроорганизма, выделенного от больного, что позволяет установить вид (тип) микроба. Сывороточные препараты используют и в профилактических целях для быстрого создания невосприимчивости у человека, контактировавшего с больным или с инфицированным материалом. Специфическую иммунную сыворотку вводят, например, детям, имеющим контакт с больными корью или инфекционным гепатитом (болезнь Боткина). При наличии раневых поверхностей вводят противостолбнячную и противогангренозные сыворотки. При введении сыворотки для профилактики столбняка или бешенства ее комбинируют с активной иммунизацией анатоксином или вакциной. Введение сыворотки в организм человека создает пассивный иммунитет.

Иммунобиотехнология основана на реакции антиген (АГ)- антитело (АТ). В качестве примера иммунобиотехнологического генного процесса может служить получение вируса полиомиелита из культуры ткани живого человека для получения вакцины. Биопродукты (вакцины) должны проходить тщательную проверку на безопасность и эффективность. На эту стадию проверки вакцины уходит обычно около двух третей (2/3) стоимости вакцины.

Рассмотрим более подробно вакцины.

Вакцины - это препараты, приготовленные из убитых или ослабленных болезнетворных микроорганизмов или их токсинов. Как известно, вакцины применяются с целью профилактики или лечения. Введение вакцин вызывает иммунную реакцию, за которой следует приобретение устойчивости организма человека или животного к патогенным микроорганизмам.

Если рассмотреть состав вакцины, то в них входят:

- действующий компонент, представляющие специфические антигены,

- консервант, который определяет стабильность вакцины при ее хранении,

- стабилизатор, который продлевает срок годности вакцины,

- полимерный носитель, который повышает иммуногенность антигена (АГ).

Под иммуногенностью понимают свойство антигена вызывать иммунный ответ.

В роли антигена можно использовать:

1. живые ослабевшие микроорганизмы

2. неживые, убитые микробные клетки или вирусные частицы

3. антигенные структуры, извлеченные из микроорганизма

4. продукты жизнедеятельности микроорганизмов, в качестве которых используют токсины, как вторичные метаболиты.

Классификация вакцин в соответствии с природой специфического антигена:

* живые

* неживые

* комбинированные.

Рассмотрим более подробно каждую из них.

1. Живые вакцины получают

а) из естественных штаммов микроорганизмов с ослабленной вирулентностью для человека, но содержащий полный набор антигенов(в качестве примера можно привести вирус оспы).

б) из искусственных ослабленных штаммов.

в) часть вакцин получают генноинженерным способом. Для получения таких вакцин используют штамм, несущий ген чужеродного антигена, например, вирус оспы со встроенным антигеном гепатита В.

2. Неживые вакцины - это:

а) молекулярные и химические вакцины. При этом молекулярные вакцины конструируют на основе специфического антигена, который находится в молекулярном виде. Эти вакцины могут быть получены и путем химического синтеза или биосинтеза. Примерами молекулярных вакцин являются анатоксины. Анатоксины - это бактериальный экзотоксин, потерявший токсичность в результате длительного воздействия формалина, но сохранивший антигенные свойства. Это дифтерийный токсин, столбнячный токсин, бутулинический токсин.

б) корпускулярные вакцины, которые получают из целой микробной клетки, которая инактивизирована температурой, ультрафиолетовым облучением или химическими методами, например, спиртом.

3. Комбинированные вакцины. Они комбинируются из отдельных вакцин, превращаясь при этом в поливакцины, которые способны иммунизировать сразу от нескольких инфекций. В качестве примера можно назвать поливакцину АКДС, содержащую дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшные корпускулярные антигены. Эта вакцина, как известно, широко применяется в детской практике.

Рассмотрим подробнее токсины с точки зрения их, как продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

1 группа токсинов - это экзотоксины: экзотоксины - это белковые вещества, выделяемые клетками бактерий во внешнюю среду. Они в значительной степени определяют болезнетворность микроорганизмов.

Экзотоксины в своем строении имеют два центра. Один из них фиксирует молекулу токсина на соответствующем клеточном рецепторе, второй - токсический фрагмент - проникает внутрь клетки, где блокирует жизненно важные метаболические реакции. Экзотоксины могут быть термолабильны или термостабильны. Известно, что под действием формалинаони теряют токсичность, но сохраняют при этом иммуногенные свойства - такие токсины называются анатоксинами.

2 группа токсинов - это эндотоксины. Эндотоксины являются структурными компонентами бактерий, представляя липополисахариды клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Эндотоксины менее токсичны, разрушаются при нагревании до 60-800 С в течении 20 минут. Эндотоксины выходят из клетки бактерий при ее разложении. При введении в организм эндотоксины вызывают иммунный ответ. Получают сыворотку путем иммунизации животных чистым эндотоксином. Однако эндотоксины относительно слабый иммуноген и сыворотка не может обладать высокой антитоксической активностью.

Иммунобиотехнологические препараты:

Вакцины вводятся в организм для профилактики. При такой прививке активизируется иммунная система, вырабатываются антитела лимфоцитными клетками, которые сохраняют в памяти эту способность и при повторном попадании этого же антигена образуют комплекс антиген-антитело, который в свою очередь узнается организмом и утилизируется. Вакцина для профилактики полиомиелита представляет поливалентный препарат из трех ослабленных штаммов вируса полиомиелита. В тоже время половина из всех применяемых в настоящее время вакцин относится к живым вакцинам разного происхождения. Это живые вакцины бактерийного происхождения, применяемые для профилактики сибирской язвы, чумы, туберкулеза и др. Это живые вакцины вирусного происхождения, применяемые для профилактики оспы, кори, гриппа, краснухи, полиомиелита и др. Неживые вакцины используются для профилактики бактерийных инфекций, таких как: коклюш, дизентерия, холера, брюшной тиф, сыпной тиф, герпес.

Примеры анатоксинов: дифтерийный, столбнячный, газовой гангрены, бутулимический.

Классификация вакцин может быть представлена и по виду лекарственной формы:

- иньекционные (жидкие)

-пероральные (таблетки, капсулы, драже)

- ингаляционные (аэрозоли).

Сыворотки

Применение сывороток

1. Сыворотки широко используются в случаях профилактики и лечения инфекционных заболеваний.

2. Сыворотки также используются при отравлении ядами микробов или животных - при столбняке, ботулизме дифтерии (для инактивации экзотоксинов), применяются сыворотки и от яда кобры, гадюки и др.

3. Сыворотки могут быть использованы и для диагностических целей, для создания различных диагностических наборов ( например в тестах на определение беременности). В этом случае антитела используются в реакциях образования комплексов с антигенами (антиген (АГ) - антитело(АТ), когда происходит подтверждение наличия соответствующих антигенов, что может быть использовано в различных реакциях. Профилактическое или лечебное действие сывороток основано на содержащихся в сыворотке антителах (АТ)

Для массового получения сыворотки вакцинируют ослов, лошадей. Введение такой сыворотки дает образование пассивного иммунитета, то есть организм получает готовые антитела. Сыворотки, которые получают путем иммунизации животных должны быть на контроле по такому показателю, как титр антител у животных, чтобы брать у них кровь в период максимального содержания антител. Из крови животных выделяют плазму крови, затем из плазмы удаляют фибрин и получают сыворотку. Это один способ получения сыворотки. Другой способ получения сыворотки - это из культивируемых животных клеток. Однако главной проблемой в этом случае является обеспечение стабильного роста животных клеток. Дело в том, что клетки животных, изолированные из среды организма, часто не делятся in vitro. Для получения положительного результата в этом случае при переносе клеток из организма надо иметь в виду следующие условия этого переноса и его последствия:

1. Нужные нам клетки должны -

* преобладать в культуре,

* быстро адаптироваться к новым условиям,

* быстро расти.

Кроме того:

* должна быть полная стерильность при культивировании,

* питательные среды должны быть стерильными и при их изготовлении должна быть использована только стерильная вода

2. При росте клеток in vitro, с ними происходят перемены, то есть они:

* теряют способность к дифференциации,

* дегенерируют (перерождаются)

* трансформируются

Все эти перемены происходят с клетками животных вследствие их старения, старения самой архитектуры клеток. Если клеточная популяция сможет поддерживаться в гистологической дифференцированной форме, то они сохраняют свою специализацию.

Иммунобиотехнология и создание иммуномодулирующих лекарственных средств

Одной из характерных особенностей развития современной иммунофармакологии является ее тесная связь с различными медико-биологическими дисциплинами, особенно с разными разделами иммунологии, в частности с иммунобиотехнологией.

Внедрение методов иммунобиотехнологии в процесс создания лекарственных препаратов высоко перспективно, эта «обогатительная» методология может быть проиллюстрирована примерами создания миелопептидов -- лекарственных средств, интенсивно применяемых в медицине и ветеринарии.

В успешном решении этой проблемы центральную роль сыграли по крайней мере три открытия в широком спектре экспериментальных исследований, проводившихся в этом направлении коллективом исследователей, руководимым академиком RB. Петровым. Одно из них заключалось в обнаружении эффекта клеточных взаимодействий на уровне зрелых продуцентов антител. Оказалось, что клетки костного мозга, выделенные из интактных мышей и инкубированные in vitro в течение 18 час. в смеси с сингенными клетками лимфатических узлов, полученными от мышей на пике иммунного ответа к использовавшемуся антигену, содействовали 3-4-кратному усилению выработки антител. Результаты этих исследований впервые были опубликованы PB. Петровым и А.А. Михайловой в 1969 г. Экспериментальная разработка открытого явления привела авторов к другому открытию -- обнаружению растворимых продуктов костномозговых клеток, опосредующих их стимулирующее действие на антителосинтезирующие лимфоциты, получивших впоследствии титул миелопептидов. Вероятно, эти наблюдения так и остались бы новыми фактами, вскрывающими фундаментальные закономерности продукции антител, если бы не одно обстоятельство. Оказалось, что активирующее действие продуктов костномозговых клеток не имеет видовых ограничений. Активацию выработки иммуноглобулинов лимфоцитами мышей регистрировали при использовании клеток костного мозга не только мышей, но и крыс, кур, свиней, телят и даже человека. Эффект стимуляции наблюдали как при использовании клеточных взвесей, так и надосадочной жидкости 20-часовой культуры интактных костномозговых клеток. Следствием этого открытия явилось создание лекарственного препарата «Миелопид» на основе высокоочищенной смеси низкомолекулярных пептидов (мол.м. 500-3000 Д), продуцируемых клетками костного мозга свиней, доступных для их получения в больших количествах. Препарат разрешен Фармакологическим комитетом для применения в клинической медицине, вошел в ветеринарную практику, эффективен при лечении вторичных иммунодефицитов, вызванных тяжелыми хирургическими травмами, радио- или химиотерапией, при остеомиелите, легочной патологии, при лечении лейкозов, гипогаммаглобулинемии и др.
Дальнейшая разработка иммуномодулирующих препаратов (1990-е годы) характеризовалась фракционированием исходной смеси костномозговых пептидов, анализом аминокислотного состава биологически активных фракций, их синтезом, изучением активности в различных модельных системах. Таким образом, RB. Петровым, А.А. Михайловой и соавт. были выделены и охарактеризованы по меньшей мере 6 пептидов, проявляющих иммунокорригирующую активность (МП-1), противоопухолевое действие (МП-2), способность стимулировать функции макрофагов (МП-3), клеточную дифференцировку (МП-4) и др. На основе миелопептидов МП-2 и МП-3 созданы лекарственные средства -- Неогеи и Серамил, проявляющие соответственно противоопухолевую активность и способность активировать клетки системы мононуклеарных фагоцитов.

В заключение следует отметить, что методы иммунобиотехнологии, ее достижения и продукты, получаемые иммунобиотехнологическими методами, отнюдь не исчерпываются приведенными примерами. Помимо миелопептидов вошли в практику и широко используются рекомбинантные препараты цитокинов (гаммаферон, беталейкин, реаферон, ронколейкин и др.) и созданные методами химического синтеза иммуномодулирующие средства (полиоксидоний, ликопид, имунофан, тимоген и др.). Ведутся широкие исследования по поиску и конструированию лекарственных средств с полифункциональной активностью, по разработке вакцин с повышенной иммуностимулирующей активностью против непобежденных инфекций, способных обеспечить проявление эффекта фенотипической коррекции генного контроля иммунитета. Получение моноклональных антител избавило клиницистов от массовых заборов крови для выделения антител, необходимых для определения групп крови, и продемонстрировало их высокую диагностическую значимость в работах по оценке иммунного статуса и выявлению разного рода иммунодефицитов. Невозможно переоценить роль иммунобиотехнологии в разработке методов и приемов изучения фундаментальных основ и механизмов функционирования системы иммунитета и развития прикладных исследований клинически значимых проблем. В той или иной степени все эти проблемы освещаются в разных главах учебника. В данном разделе сконцентрированы лишь отдельные примеры с одной целью -- показать значимость развития иммунобиотехнологии для биологической науки, теории и практики ветеринарной медицины.

вакцина иммунный сыворотка биологический

Заключение

Иммунобиотехнология тесно связана с медициной и ветеринарией, объединяет производство вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, иммуномедиаторов, диагностикумов, аллергенов, бактериофагов.

Вакцины -- это антигенные препараты, получаемые измикробов или продуктов их жизнедеятельности, при парентеральном введении которых формируется иммунитет к соответствующей инфекционной болезни.

По способу получения вакцины классифицируются следующим образом:

1. Из клеток -- про- и эукариоты живые и убитые.

2. Вакцины, получаемые из клеточных компонентов микроорганизмов.

3. Анатоксины -- из инактивированных токсинов бактерий.

4. Вирусные из вирионов -- живые и инактивированные; из компонентов вирионов -- субъединичные.

5. Генноинженерные.

Технология изготовления живых вакцин включает в себя следующие этапы:

1. Подбор или создание вакцинных штаммов.

2. Размножение вакцинного штамма от культуры в пробирках до ферментера.

3. Сепарирование клеток от культуральной жидкости (например, центрифугированием).

4. Ресуспендирование клеток в подходящем растворителе (сахароза + желатин, вода).

5. Розлив суспензии по ампулам и флаконам.

6. Лиофильное высушивание, запаивание ампул, закупоривание флаконов.

Технология изготовления убитых вакцин состоит из тех же этапов, но между вторым и третьим существует дополнительный этап -- инактивирование клеток (нагреванием, формалином, ацетоном, этанолом и т.д.).

Диагностикумы. При диагностике инфекционных заболеваний используются серодиагностика, аллергодиагностика и фагодиагностика. При серодиагностике используют антигенные препараты -- диагностикумы, представляющие собой убитые клетки или отдельные антигенные компоненты микроорганизмов (они могут быть адсорбированы на эритроцитах). Кроме того, необходимы специфические сыворотки, содержащие антитела к антигенам определенного возбудителя инфекции.

Аллергодиагностику проводят, применяя нативные аллергены -- взвеси убитых бактерий и растворимых продуктов их метаболизма.

Список использованной литературы

1. Воробьев А.А. «Микробиология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

2. Коротяев А.И. «Медицинская микробиология, вирусологи

3. Покровский В.И. «Медицинская микробиология, иммунология, вирусология». Учебник для студентов фарм. ВУЗов, 2002.

4. Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

5. В.М. Безгин, Н.Н. Быкова, В.Е. Козлов, А.А. Нежута, А.В. Сверчков. Учебное пособие. -- Курск: Изд-во КГСХА, 2011. -- 512с.

Размещено на Allbest.ur