<<<  Back

2022, № 94

UDC: 619:615.371:578.74
GSNTI: 68.41.53

Genetically engineered vaccines: principles and technologies of obtaining

In recent years, due to the increased pace of development of biotechnology and virology, technologies have been actively developed for the creation and application for the specific prevention of infectious diseases of animals and humans of genetically engineered vaccines, the beginning of which are recombinant nucleic acids. Vaccines designed on the basis of genetically engineered technologies have pronounced protective and immunogenic properties due to activation of both cellular and humoral immune units. As a result, it is not necessary to add adjuvants to the vaccine preparation to increase the immunobiological response of the body. In addition, immunization with genetically engineered vaccines contributes to the accumulation of a significant volume of immune memory cells in connection with the separate expression in the eukaryotic cell of nucleic acids responsible for the synthesis of certain pathogen antigens. At the same time, the technologies for creating such vaccines are relatively low-cost and at the same time quite simple and safe. Aiming to summarize and systematize modern methods and techniques for creating new generation vaccines based on genetically engineered technologies, the authors in no way claim the completeness and exhaustive scope of the submitted information. The review presents a comparative analysis of constructive approaches to the production of recombinant living vector and subunit vaccines, describes the technologies of vaccine production based on transgenic plants, as well as DNK and RNA vaccines. Possible methods of delivery of genes of protective antigens into target cells are considered, dependence of degree of expression of immune response on methods of introduction of vaccine into organism is shown. Particular attention is paid to the advantages and disadvantages of genetically engineered vaccines of various types.
Keywords: Vaccination, DNA vaccine, recombinant vector vaccine, genetically engineered methods, immune response, adjuvants.
DOI: 10.21515/1999-1703-94-203-211

References:

1. Гендон Ю. З. Полинуклеотидные (ДНК) вирусные вакцины и проблемы их безопасности / Ю.З. Гендон // Журн. микробиол. - 1997. - № 1. - С. 78-81.
2. Горковенко, Н. Е. Иммунобиологический статус животных в различных экологических условиях Приамурья и пути его коррекции: дис..… д-ра биол. наук : 16.00.03; 03.00.16 : защищена 17.01.2007 : утв. 06.07.2007 / Горковенко Наталья Евгеньевна. - Благовещенск, 2006. - С. 227-232.
3. Дейнеко, Е. В. Генетически модифицированные растения - продуценты белков медицинского назначения / Е. В. Дейнеко // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2012. - № 2 (18). - С. 41-51.
4. ДНК- и РНК-вакцины: современное состояние, требования к качеству и особенности проведения доклинических исследований / А. А. Горяев, М. В. Савкина, Ю. И. Обухов, В. А. Меркулов, Ю. В. Олефир // БИО-препараты. Профилактика, диагностика, лечение, 2019. - Т. 19. - № 2. - С. 72-80.
5. Иванов, А. В. Разработка и использование адъювантов на основе наночастиц в технологии вакцинных препаратов: автореф. дис. ….. канд. фармац. наук : 21.03.13 / Иванов Александр Викторович. - Пермь, 2013. - 25 с.
6. Куцев, М. Г. Биоинженерия растений. Основные методы : учебное пособие / М. Г. Куцев, М. В. Скапцов, И. Е. Ямских. - Красноярск: СФУ, 2020. - 80 с.
7. Лёвкина, В. А. Перспективы применения живых векторных вакцин в птицеводстве / В. А. Лёвкина, И. Н. Громов, Л. Н. Громова // Животноводство и ветеринарная медицина, 2021. - № 1. - С. 69-73.
8. Лосич, М. А. Разработка и иммунологические свойства новой антирабической вакцины «Рабифел» / М. А. Лосич [и др.] // Российский ветеринарный журнал. Мелкие домашние и дикие животные. - 2012. - С. 10-14.
9. Медуницын, Н. В. Вакцинология / Н. В. Медуницын. - М.: Триада-Х; 2010. - 512 с.
10. Найманов, А. Х. Туберкулез животных : монография / А. Х. Найманов, В. М. Калмыков. - Санкт-Петербург: Лань, 2021. - 504 с.
11. Попов, Ю. А. Генетические (ДНК) вакцины / Ю. А. Попов, Н. И. Микшис // Проблемы особо опасных инфекций. - 2010. - Вып. 105. - С. 20-24.
12. Разработка вакцин для профилактики коронавирусной инфекции: от SARS и MERS до COVID-19 / Й. Д. Ли, В. Ю. Чи, Ц. Х. Су [и др.] // Juvenis scientia, 2020. - № 6. - С. 41-80.
13. Разработка способов получения интерферона-гамма и его мутантного аналога дельта-ферона / П. Н. Мирошников, Л. Р. Лебедев, Т. А. Терещенко [и др.] // Биотехнология: состояние и перспективы развития, 2003. - Т. 152. - С. 78-82.
14. Растения-продуценты бычьего гамма-интерферона для профилактики туберкулеза и лейкемии крупного рогатого скота / Н. В. Савельева, И. Д. Курдюков, Е. Э. Дудник [и др.] // Вестник С.-Петербургского ун-та, 2009. - Сер. 3. - №. 4. - С. 65-80.
15. Саткеева, А. Б. Молекулярная биотехнология: учебное пособие / А. Б. Саткеева, К. А. Сидорова. - Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2020. - 115 с.
16. Падкина, М. В. Синтез гетерологичных интерферонов в клетках дрожжей Pichia pastoris / М. В. Падкина, Л. В. Парфёнова, А. Е. Градобоева, Е.В. Самбук // Прикладная биохимия и микробиология, 2010. - Т. 46. - С. 448-455.
17. Макаров, Ю. А. Способ усиления иммунного ответа при вакцинации крупного рогатого скота против бруцеллеза / Ю. А. Макаров, Н. Е. Горковенко. - Патент на изобретение.RU 2203680 C2, 10.05.2003. - Заявка № 2001103468/13 от 05.02.2001. - Опубликовано: 10.05.2003.
18. Титова, А. Д. Рекомбинантные вакцины на основе системы секреции третьего типа у бактерий рода Salmonella / А. Д. Титова, К. В. Кудин, В. А. Прокулевич // Труды Белорусского Государственного Университета. Серия: Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем, 2015. - № 1. - С. 133-138.
19. Рукавцова, Е. Б. Трансгенные растения для фармакологии / Е. Б. Рукавцова, Я. И. Бурьянов, Н. Я. Шульга, В. А. Быков // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. - 2006. - № 2. - С. 3-12.
20. Экспрессия поверхностного антигена вируса гепатита В в трансгенных растениях картофеля и его характеристика / Н. Я. Шульга, Е. Б. Рукавцова, М. А. Крымский [и др.] // Биохимия, 2004. - T. 69. - C. 1422-1430.
21. Adjuvant effects of a sequence-engineered mRNA vaccine: translational profiling demonstrates similar human and murine innate response / D. K. Edwards, E. Jasny, H. Yoon, [et al.] //j. Transl. Med., 2017. - Nо. 15 (1). - P. 1. doi: 10.1186/s12967-016-1111-6.
22. Adjuvants for plasmid DNA vaccines /j. Norman, J. Hartikka, P. Strauch, M. Manthorpe // Methods Mol. Med., 2000. - Nо. 29. - P. 185-196. doi: 10.1385/1-59259-688-6:185.
23. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo / Wolff J., Malone R., Williams P. [et al.] // Science, 1990. - Nо. 247. - P. 1465-1468.
24. Dzierzbicka, K. Dzierzbicka K. Adjuvants - essential components of new generation vaccines / K. Dzierzbicka, A. Kolodziejczyk // Postepy Biochem. - 2006 - Nо. 52. - P. 204-211.
25. Dormitzer, P. R. New technologies for influenza vaccines / P. R. Dormitzer, T. F. Tsai, G. Del Giudice // Vaccines, 2012. - Nо. 8(1). - P. 45-58. doi: 10.4161/hv.8.1.18859.
26. Efficient targeting and activation of antigen-presenting cells in vivo after modified mRNA vaccine administration in rhesus macaques / F. Liang, G. Lindgren, A. Lin, E.A. Thompson, [et al.] // Mol Ther., 2017. - Vol. 6. - Nо. 25(12). - P. 2635-2647. doi: 10.1016/j.ymthe.2017.08.006.
27. Effectiveness of subunit influenza vaccination in the 2014-2015 sea-son and residual effect of split vaccination in previous seasons /j. Castilla, A. Navascués, M. Fernández-Alonso, G. Reina, F. Pozo [et al.] // Vaccine, 2016. - Nо. 34(11). - 1350-1357. doi: 10.1016/j.vaccine.2016.01.054.
28. Heterologous protection against influenza by injection of DNA en-coding a viral protein / Ulmer J., Donelly J., Parker S. [et al.] // Science, 1993. - Nо. 259(5102). - P. 1745-1749. Doi: 10.1126/science.8456302.
29. Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability / K. Karikó, H. Muramatsu, F. A Welsh, [et al.] // Mol Ther., 2008. - Nо. 16(11). - P. 1833-1840. Doi: 10.1038/mt.2008.200.
30. Increased erythropoiesis in mice injected with submicrogram quantities of pseudouridine-containing mRNA encoding erythropoietin / K. Karikó, H. Muramatsu, J.M. Keller, D. Weissman // Mol Ther., 2012. - Nо. 20(5). - P. 948-953. Doi: 10.1038/mt.2012.7.
31. Induction of an IFN-mediated antiviral response by a self-amplifying RNA vaccine: implications for vaccine design / T. Pepini, A. Pulichino, T. Carsillo, A.L. Carlson, [et al.] //j. Immunol., 2017. - Nо. 198(10). - P. 4012-4024. Doi: 10.4049/jimmunol.1601877.
32. mRNA as a transformative technology for vaccine development to control infectious diseases / G. Maruggi, C. Zhang, J. Li, J.B. Ulmer, D. Yu. // Mol Ther., 2019. - Vol. 10. - Nо. 27(4). - P. 757-772. doi: 10.1016/j.ymthe.2019.01.020.
33. Kjeken, R. DNA - the future in vaccine technology? / R. Kjeken, B. Bogen, I. Mathiesen // Tidsskr. Nor Laegeforen., 2006. - Nо. 126. - P. 2964-2968.
34. Lemon, J. L. A review of UK-registered and candidate vaccines for bovine respiratory disease /j. L. Lemon, M. J. McMenamy // Vaccines, 2021. - Nо. 9. - P. 1403. https://doi.org/10.3390/vaccines9121403.
35. Lundstrom, K. Latest development on RNA-based drugs and vaccines / K. Lundstrom // Future Sci OA., 2018. - Nо. 4(5): FSO300. doi: 10.4155/fsoa-2017-0151.
36. Nucleoside-modified mRNA vaccines induce potent T follicular helper and germinal center B cell responses / N. Pardi, M. J. Hogan, M. S. Naradikian, K. Parkhouse, [et al.] // J Exp. Med., 2018. - Nо. 215(6). - P. 1571-1588. DOI: 10.1084/jem.20171450.
37. Rauch, S. New vaccine technologies to combat outbreak situations / S. Rauch, E. Jasny, K. E. Schmidt, B. Petsch // Frontiers in Immunology, 2018. - Nо. 9. Doi.org/10.3389/ fimmu.2018.01963.
38. Safety and immunogenicity of adjuvanted inactivated split-virion and whole-virion influenza A (H5N1) vaccines in children: a phase I-II randomized trial /j. Wu, S. Liu, S. Dong, X. Dong [et al.] // Vaccine, 2010. - Nо. 28(38). - P. 6221-6227. Doi: 10.1016/j.vaccine.2010.07.008.
39. Sahly, H. V. Clinical data on Fluarix: an inactivated split seasonal influenza vaccine / H. M. El Sahly, W. A. Keitel // Vaccines, 2008. - Nо. 7(6). - P. 713-719. Doi: 10.1586/ 14760584.7.6.713.
40. Tang, D. C. Genetic immunization is a simple method for eliciting an immune response / D. C. Tang, M. DeVit, S. A. Johnston // Nature, 1992. - Nо. 356(6365). - Р. 152-154. doi.org/10.1038/356152a0.
41. Type I interferons interfere with the capacity of mRNA lipoplex vaccines to elicit cytolytic T cell responses / A. De Beuckelaer, C. Pollard, S. Van Lint, K. Roose, [et al.] // Mol Ther., 2016. - Nо. 24(11). - P. 2012-2020. Doi: 10.1038/mt.2016.161.
42. Weiner, D. B. The development of gene-based vectors for immunization / D. B. Weiner, G. J. Nabel // Plotkin's Vaccines. Saunders-Elsevier, 2008. - P. 1748. doi: 10.1016/B978-0-323-35761-6.00067-5.

Authors:

1. Gorkovenko Natalya Evgenievna, DSc in Biology, professor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “I.T. Trubilin Kuban State Agrarian University”.
2. Zholobova Inna Sergeevna, DSc in Veterinary, professor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “I.T. Trubilin Kuban State Agrarian University”.
3. Gugushvili Nino Nodarievna, DSc in Biology, professor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “I.T. Trubilin Kuban State Agrarian University”.
4. Alferov Dmitry Olegovich, student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “I.T. Trubilin Kuban State Agrarian University”.