DNA Vaccine và ứng dụng của dna vaccine trong thủy sản

DNA VACCINE VÀ ỨNG DỤNG CỦA DNA VACCINE TRONG THỦY SẢN Mở đầu…………………………………………………….2 DNA vaccine và ứng dụng của DNA vaccine trong thủy sản………………………………………………………....2 DNA vaccine……………………………………………………………….2 DNA vaccine là gì?................................................................................ Ưu điểm và Nhược điểm……………………………………………….. Phương pháp……………………………………………………………. Cơ chế hoạt động………………………………………………………… Hiện trạng và Triển vọng………………………………………………. DNA vaccine ứng dụng trong thủy sản………………….........................5 Kết luận……………………………………………….…..8 Tài liệu tham khảo…………………………………….….8 Mở đầu Cuộc chạy đua giữa con người với bệnh tật bắt đầu từ khi con người xuất hiện cho đến bây giờ nhưng vẫn chưa ai khẳng định có thể chiến thắng mọi bệnh tật. Đặc biệt là ngày càng có nhiều bệnh truyền nhiễm nguy hiểm trên quy mô toàn cầu do vi khuẩn và virus gây ra. Chúng ta đã sản xuất nhiều loại vaccine góp phần làm biến mất, ngăn chặn nhiều bệnh tật nhưng đó chỉ là những con số quá nhỏ nhoi. Chúng ta biết rằng vi sinh vật gây bệnh tiến hóa, biến đổi rất nhanh ở mức độ phân tử. Như vậy muốn ngăn chặn, tiêu diệt và giảm tối thiểu nguy cơ nhiễm bệnh thì chúng ta cũng phải chạy đua với chúng ở cấp độ phân tử. Một con đường mới đã mở ra đó là cách phòng bệnh bằng vật liệu di truyền hay DNA vaccine được phát triển từ sự bùng nổ về Công Nghệ Sinh Học khi kỹ thuật ADN tái tổ hợp được đưa ra vào năm 1970. DNA vaccine triển vọng sẽ ngăn chặn được căn bệnh thế kỷ như: HIV, ung thư…, và những căn bệnh lây nhiễm quy mô toàn cầu. Vaccine DNA và Ứng dụng của vaccine DNA trong thủy sản DNA vaccine DNA vaccine là gì? DNA vaccine là kỹ thuật bảo vệ sinh vật chống lại bệnh bằng cách tiêm vào nó ADN biến đổi gen để tạo ra phản ứng miễn dịch hay hiểu một cách đơn giản là sử dụng ADN như một loại vaccine bằng cách đưa trực tiếp vào sinh vật. DNA vaccine được ứng dụng rộng rãi cho động vật với những bênh do virus,vi khuẩn,ký sinh trùng gây nên và mới chỉ đang ở giai đoạn đầu cho người hiện đang có nhiều thử nghiệm. Việc sử dụng vật liệu di truyền với mục đích điều trị bệnh đã được tiến hành từ nhiều năm trước. Thí nghiệm phác thảo việc chuyển ADN vào tế bào động vật được đưa ra sớm nhất vào năm 1950. Sau đó việc sử dụng vật liệu di truyền xác thực hơn khi tiêm trực tiếp ADN vào cơ thể ( không dùng vector virus) kết quả là gene đã biểu hiện trong cơ thể vật chủ. Đã có nhiều thí nghiệm bổ sung đưa ra đặc biệt là từ khi phát minh ra kỹ thuật ADN tái tổ hợp vào năm 1970. Năm 1992 hai nhà khoa học Tang và Jonhson công bố rằng đã phát triển hormone sinh trưởng của người trong ống nghiệm và kết quả là nó đã giúp kích thích sự sinh trưởng của con chuột được chuyển gene. Họ cũng thấy rằng những con chuột được tiêm phát triển kháng thể chống lại hormone sinh trưởng của người,họ gọi hình thức miễn dịch này là “miễn dịch di truyền” Ưu điểm và Nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm *Tiêm phòng các đơn vị nhỏ không có nguy cơ nhiễm trùng *Kháng nguyên được trình diện với cả hai loại phân tử MHC I và MHC II. *Dễ phát triển và sản xuất *Lưu trữ và vận chuyển ổn định *Hiệu quả về chi phí sản xuất trên qui mô lớn *Ngăn ngừa tổng hợp peptide,biểu hiện thanh lọc protein tái tổ hợp sử dụng tá dược độc *Tiềm năng lâu dài điều trị nhiễm khuẩn mãn tính và nó cung cấp công cụ quan trọng kích thích phản ứng miễn dịch trong HBV,HCV và HIV cho bệnh nhân. *Các biểu hiện của kháng nguyên virus gây ra bởi vaccine AND trong môi trường chứa nhiều APCs giúp thúc đẩy thành công nhiều phản ứng miễn dịch mà không thể thu được ở vaccine truyền thống. *Kháng nguyên biểu hiện ở cả phản ứng miễn dịch thể dịch và miễn dịch trung gian tế bào. *Vaccine ADN giới hạn trên miễn dịch protein (không hữu ích với kháng nguyên không protein như vỏ ngoài polysaccharides vi khuẩn) *Nguy cơ tác động đến các gene kiểm soát sinh trưởng tế bào. *Có thể sản sinh ra kháng thể chống lại ADN. *Tiềm năng cho các quá trình không điển hình của protein vi khuẩn và ký sinh trùng. *Gây kích thích miễn dịch lâu dài dẫn đến viêm mãn tính *Một vài kháng nguyên yêu cầu chế biến nhưng đôi khi quá trình đó không xảy ra. Phương pháp DNA vaccine là một trong hai hướng ứng dụng chính của ADN tái tổ hợp. Vậy các bước sản xuất DNA vaccine tiến hành tương tự như kỹ thuật AND tái tổ hợp. Bước 1: Tách dòng gen từ chủng gây bệnh Bước 2: Chuyển gen vào plasmide tạo ADN tái tổ hợp Bước 3: Chuyển ADN tái tổ hợp vào chủng vi khuẩn để sản xuất Bước 4: Thu ADN tái tổ hợp từ vi khuẩn và tinh sạch Bước 5: Chuyển ADN tái tổ hợp vào sinh vật chủ Cơ chế hoạt động Một plasmid chứa gen biểu hiện protein quan tâm dưới sự điều khiển của promoter thích hợp được tiêm trực tiếp vào cơ thể qua da hoặc bắp cơ.Sau khi plasmid được hấp thụ, protein nội sinh sẽ được sản sinh và một quá trình nội bào sẽ chế biến nó thành một peptid kháng nguyên nhỏ bởi protease của cơ thể.Các peptid này sau đó được đưa tới lưới nội chất bởi màng liên hợp. Trong lưới nội chất nó gắn với phân tử MHC I(hệ thống trình điện kháng nguyên). MHC I sẽ trình diện peptid kháng nguyên ra bề mặt tế bào .Tiếp theo CD8 T kết hợp phức hệ phù hợp thành CTL chúng được gọi là tế bào miễn dịch trung gian.CTL ức chế virus thông qua thông qua hai thoái hóa tế bào đích và không thoái hóa như sản xuất ra Cytokin hoạt hóa B cell sản sinh kháng thể. Protein ngoại bào được trình diễn bởi MCH II thông qua APC được CD4 T nhận biết dẫn đến kích thích B cell sản ra kháng thể. Cơ chế này cũng tương tự như ở các loại vaccine truyền thống. Cơ chế hoạt động của DNA vaccine Hiện trạng và Triển vọng DNA vaccine đã có những thành công nhất định trong việc ngăn chặn nhiều bệnh trên động vật đa số là do virus gây ra. Điển hình như: + Bệnh đốm trắng ở tôm do virus WSSV gây ra + Chống lại thành công virus West Nile (WNV) trên ngựa (2005) + Ngăn chặn virus Infectious Hematopoietic Necrosis virus (IHNV) hoại tử cơ quan tạo máu trong cá hồi (2005) + Bệnh hoại tử tuyến tụy do virus Infectious Pancreatic Necrosis(IPNV) ở cá nước mặn và nước ngọt. DNA vaccine là một thế hệ vaccine mới chưa có được nhiều ứng dụng cho con người mà chủ yếu đang ở giai đoạn thử nghiệm + 8/2007 vaccine DNA phòng bệnh xơ cứng xương được báo cáo là có hiệu quả + Vaccine DNA-MVA phòng HIV thử nghiệm trên người ở giai đoạn 2 + NIAID DNA Vaccine for H5N1 Avian Influenza Enters Human Trial (2007) + Triển vọng có thể phòng ngừa nhiều bệnh như: ung thư, H1N1, HIV….. Vaccine DNA ứng dụng trong thủy sản Đối với ngành thủy sản đã có những thành công nhất định, cho ra đời loại vaccine DNA đặc hiệu phòng bệnh truyền nhiễm như bệnh hoại tử cơ quan tạo máu gây ra bởi Infectious Hematopoietic Necrosis virus (IHNV) và gây bệnh hoại tử tuyến tụy gây ra bởi Infectious Pancreatic Necrosis virus(IPNV). Bản báo cáo đầu tiên về vaccine DNA trên cá được thực hiện bởi Anderson(1996). Hệ genome của IHNV là chuỗi RNA mã hóa cho 6 protein khác nhau là: L,G,N,M-1 và M-2 trong đó 5 loại có cấu trúc protein và loại cón lại không có cấu trúc protein. Vấn đề là phải biết gene nào mã hóa cho protein nào liên quan đến phản ứng miễn dịch. Đó là một glycoprotein đính bên ngoài virus được biểu thị là protein G. Sử dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp sản xuất ra DNA vaccine có chứa G-gene. Sau đó tiêm DNA vaccine vào cá và so sánh hiệu quả với những loại vaccine truyền thống như: vaccine virus bất hoạt, vaccine virus được làm yếu đi và vaccine đơn vị. Bảng so sánh kết quả các loại vaccine phòng virus IHNV _____________________________________________________________________________ Treatment Group Per Cent Mortality at 30 days postchallenge (104 PFU/ml) _____________________________________________________________________________ 1. Killed Vaccine (injected) Formalin treated 5% b-propiolactone 4% Control 70-75% 2. Attenuated virus (immersion) Attenuated virus 5-20% Control 90% 3. Subunit Vaccine (purified IHNV glycoprotein) Injected 9% Immersion 36% Control 60^ 4. DNA Vaccine comparison (injected) Adjuvant alone 67% Killed IHNV 52% pATH vector alone (E.coli lysate) 61% pXL3 subunit vaccine (E. coli lysate 49% pCMV-luciferase (control plasmid) 58% pCMV-G (DNA vaccine) 2% DNA vaccine mã hóa các protein cấu trúc vỏ virus tạo ra tính miễn dịch bảo vệ kháng lại Virus gây hội chứng đốm trắng trên tôm Sú. Virus gây hội chứng đốm trắng (White Spot Syndrome Virus-WSSV) là mầm bệnh rất nguy hiểm cho tôm nuôi, virus đã và đang gây thiệt hại nghiêm trọng cho công nghiệp nuôi trồng thủy sản thế giới. Cho đến nay, vẫn chưa có một giải pháp kết hợp hay đơn lẻ nào có thể ngăn chặn sự thiệt hại cho tôm nuôi bởi virus này một cách hiệu quả. Các nổ lực nghiên cứu trước đây tập trung trên protein vaccine kháng WSSV đã đạt được một số hiệu quả nhất định. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khám phá tính hiệu quả của DNA vaccine và sự phân bổ của DNA plasmid miễn dịch tái tổ hợp trên mô tôm Sú (Penaeus monodon). Bốn plasmid miễn dịch tái tổ hợp đã được tạo ra mang các đoạn chèn là gen mã hóa cho các protein cấu trúc của WSSV lần lượt là VP15, VP28, VP35 và VP281. Các gen này được tái tổ hợp đơn lẻ vào trong vector kháng thể DNA có tên pVAX1. Khả năng biểu hiện các protein tương ứng (VP15, VP28, VP35 hoặc VP281) của plasmid tái tổ hợp đã được kiểm chứng trong điều kiện in vitro qua thử nghiệm trên các dòng tế bào biểu hiện CHO. Sau đó thí nghiệm thử nghiệm hiệu quả của các DNA vaccine này được thực hiện trên tôm Sú bằng cách cảm nhiễm tôm sau khi tiêm vaccine với WSSV. Hiệu quả kháng WSSV của các Plasmid mã hóa VP28 và VP281 mang lại trong lần vaccine thứ nhất rất có ý nghĩa và khả năng đề kháng có thể duy trì được trong 7 tuần so với hiệu quả đề kháng của các protein vaccine từ các gen tương ứng đồng thời chỉ duy trì trong 3 tuần. Thêm vào đó, kết quả khảo sát sự phân bố các plasmid tái tổ hợp trên mô được tiêm cho thấy plasmid miễn dịch DNA vẫn còn hiện diện sau 2 tháng. Kết quả nghiên cứu này cho thấy một tiềm năng hứa hẹn về tính hiệu quả cao trong việc chống lại WSSV xâm nhiễm trên tôm nuôi qua áp dụng Giải pháp DNA vaccine. Kết luận Tiếp tục phát triển DNA vaccine là hướng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học nhiều tổ chức và nhiều quốc gia nó không chỉ đảm bảo cho sự phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản công nghiệp góp phần đem lại những thực phẩm an toàn và nguồn thu kinh tế cho con người mà còn hứa hẹn nhiều ứng dụng rộng rãi và thiết thực nhất là đảm bảo cho chúng ta có thể chống lại mọi bệnh tật đăch biệt là những bệnh truyền nhiễm do virus nhờ vào những đặc điểm ưu việt đó là có thể phòng ngừa nhiều bệnh chỉ bằng một lần tiêm, tính an toàn cao và khả năng sản xuất dễ dàng trên qui mô công nghiệp. Tài liệu tham khảo Tom Christian Tonheim*, Jarl Bøgwald, Roy Ambli Dalmo **. What happens to the DNA vaccine in fish? 19 March 2008