Informacija

Kas konkrečiai žudo ALS pacientus?

Kas konkrečiai žudo ALS pacientus?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ALS yra mirtina motorinių neuronų liga, ir nors yra daug įvairių straipsnių šia tema "Kaip ALS iš tikrųjų tave nužudo?“, nė vienas iš jų tikrai nesigilina į biologiją, kad galėtų tinkamai atsakyti į klausimą.

Pavyzdžiui, daugelis straipsnių cituoja "kvėpavimo takų sutrikimas", arba"apsinuodijimas CO2". Tačiau paskutinį kartą, kai tikrinau, dėl ALS nesprogsta jūsų plaučiai ir jūsų organizmas nepradeda gaminti toksiško CO2 lygio. Taigi akivaizdu, kad norint pagrįsti šiuos teiginius, mums reikia kito lygio detalumo. Būčiau pasiruošęs „Kvėpavimo nepakankamumo“ atveju arba suyra diafragmą inervuojantys neuronai (taigi jūs fiziškai negalite pritraukti oro ir išstumti CO2), arba galbūt dėl ​​tam tikrų priežasčių sutrinka mažos/mikroninės jūsų alveolių struktūros. Jei pirmasis, tai kodėl pacientui nepadėtų ventiliatorius/respiratorius?

Bet kuriuo atveju mane domina biologinis / neurologinis paaiškinimas, kodėl ALS laikomas (galiausiai) mirtinu.


TL;DR Vėdinimo pagalba daro padėti, bet yra ir kitų veiksnių.

ALS yra motorinių neuronų degeneracija, pakeičiant juos kieta medžiaga (t. Y. Skleroze). Kvėpavime dalyvaujančius raumenis inervuojantys neuronai pablogėja, todėl tampa sunku kvėpuoti, nuryti, kosėti ir tt kad ryjant/kosint skaidrios išskyros iš kvėpavimo takų. Iš esmės jūs susiduriate su sunkumais aprūpindami kraują deguonimi ir važiuodami CO2, taigi ir apsinuodiję CO2. Tai gali sukelti vadinamąjį 2 tipo kvėpavimo nepakankamumą, kuriam būdingas mažas deguonies ir didelis anglies dioksido kiekis (hipoksemija ir hiperkapnija). Mažas sekrecijos klirensas plaučiuose, be prasto dujų mainų, taip pat gali sukelti aspiracinę pneumoniją.

Ventiliacijos metodai, tokie kaip BCV, gali mechaniškai padėti kvėpuoti ir išlaikyti ventiliacijos-perfuzijos būseną taip, kad būtų išvengta kvėpavimo nepakankamumo, bet, deja, nesulėtina ligos progresavimo. Tada problema yra ta, kad, pavyzdžiui, ypač sunkiais atvejais, reikia atsižvelgti į gyvenimo kokybę, nes liežuvio judėjimas, bendras judėjimas apskritai dėl motorinių neuronų degeneracijos tiesiog nepavyksta. Tai gali sukelti iš esmės užrakto sindromo (LIS), o klinikiniai rezultatai gali labai skirtis, nors šiame straipsnyje jie praneša apie malonesnius pacientų, patyrusių LIS, rezultatus. Manau, kad šiais atvejais dėl prasto bendravimo pacientai praneša apie rezultatus, tačiau šiuo metu šeima ir slaugytojai turi rimtai apsvarstyti tokias galimybes kaip eutanazija. Ventiliacijos nutraukimas gali sukelti 1 ar 2 tipo kvėpavimo nepakankamumą.

Šiuo metu man trūksta faktinių duomenų šiam teiginiui, bet taip pat turėčiau atkreipti dėmesį į tai, kad ne visi pacientai gauna vienodą priežiūrą arba pasirenka pagalbinę ventiliaciją, tokiu atveju vėlyvos stadijos ALS visada sukeltų visišką neurodegeneraciją iki kvėpavimo raumenų inervacijos, kai atliekama pagalbinė ventiliacija. tampa a reikalavimas už išlikimą.


Amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS), taip pat žinoma kaip Lou Gehrig liga arba motorinių neuronų liga, yra progresuojanti, degeneracinė liga, naikinanti nervines ląsteles, kontroliuojančias savanoriškus raumenų judesius. Šios ląstelės, vadinamos „motoriniais neuronais“, eina iš smegenų per smegenų kamieną arba nugaros smegenis į raumenis, kurie kontroliuoja rankų, kojų, krūtinės, gerklės ir burnos judesius. Žmonėms, sergantiems ALS, šios ląstelės miršta, todėl raumenų audiniai nyksta. ALS neturi įtakos žmogaus jutimo funkcijoms ar protiniams gebėjimams. Kiti nemotoriniai neuronai, pavyzdžiui, jutimo neuronai, pernešantys informaciją iš jutimo organų į smegenis, išlieka sveiki.

Paprastai ALS klasifikuojamas vienu iš dviejų būdų: Viršutinė motorinių neuronų liga pažeidžia smegenų nervus, tuo tarpu žemesnis motorinių neuronų liga veikia nervus, atsirandančius iš nugaros smegenų ar smegenų kamieno. Abiem atvejais motoriniai neuronai pažeidžiami ir galiausiai miršta. ALS yra mirtinas. Vidutinė gyvenimo trukmė po diagnozės nustatymo yra nuo dviejų iki penkerių metų, tačiau kai kurie pacientai gali gyventi metus ar net dešimtmečius. (Pavyzdžiui, garsus fizikas Stephenas Hawkingas po to, kai jam buvo diagnozuota, gyveno daugiau nei 50 metų.) Nėra žinomo gydymo, kaip sustabdyti ar pakeisti ALS.

Kiekvienas žmogus, sergantis ALS, patiria skirtingą viršutinių ir apatinių motorinių neuronų dalį, kuri miršta. Dėl to pasireiškia simptomai, kurie skiriasi nuo žmogaus. Liga progresuoja ir laikui bėgant pažeidžia daugiau nervų ląstelių. Raumenų audiniams blogėjant, raumenys tampa silpnesni ir atrofuojasi (nudžiūsta), o žmogaus galūnės gali atrodyti plonesnės. Tačiau raumenys taip pat gali tapti spazminiai (nevalingai judėti), todėl kai kuriose kūno dalyse gali padidėti raumenų tonusas.


Nors niekas tiksliai nežino, pranešimai rodo, kad 12 000 JAV ir 15 000 žmonių Jungtinėse Valstijose kasmet serga ALS. Kadangi ALS įrašai nebuvo saugomi visoje šalyje, sunku įvertinti ALS atvejų skaičių JAV. Vyrams ALS yra šiek tiek dažnesnis nei moterims. ALS yra susijęs su amžiumi, dauguma žmonių sužino, kad ja serga būdami nuo 55 iki 75 metų ir gyvena nuo 2 iki 5 metų po simptomų atsiradimo. Atrodo, kiek laiko žmogus serga ALS, yra susijęs su amžiaus žmonėmis, kurie yra jaunesni, kai liga pradeda gyventi šiek tiek ilgiau. Norėdami perskaityti naujausią ALS paplitimą 2010 m. Spalio mėn. Ir 2011 m. Gruodžio 11 d., Spustelėkite čia pdf piktogramą.

Apie 5 ir 10% ALS atvejų pasitaiko šeimose. Tai vadinama šeimos ALS ir tai reiškia, kad du ar daugiau žmonių šeimoje turi ALS. Šeimos ALS yra vienodai paplitęs tarp vyrų ir moterų. Žmonėms, sergantiems šeimos ALS, paprastai nepasiseka taip pat, kaip ir nesusijusiems ALS sergantiems žmonėms, ir jie paprastai gyvena tik po vienerių ar dvejų metų nuo simptomų atsiradimo.


Ši cheminė medžiaga yra tokia karšta, kad geru būdu naikina nervų galūnes—

Norėdami atšaukti šį straipsnį, apsilankykite Mano profilis, tada Peržiūrėkite išsaugotas istorijas.

Norėdami atšaukti šį straipsnį, apsilankykite Mano profilis, tada Peržiūrėkite išsaugotas istorijas.

Maroke auga į kaktusą panašus augalas, kuriame taip karšta, todėl turiu primygtinai reikalauti, kad keli kiti sakiniai nebūtų hiperbolė. Skovilio karščio skalėje jo veiklioji medžiaga resiniferatoksinas sudaro 16 milijardų vienetų. Tai yra 10 000 kartų karščiau nei Karolinos pjautuvas, karščiausias pasaulyje pipiras, ir 45 000 kartų karštesnis nei karščiausias habaneros, ir 4,5 milijono kartų karštesnis už mažą jalapeną. Euphorbia resinifera, dar žinomas kaip dervos spurge, nevalgomas. Kad būtumėte saugūs, tikriausiai net neturėtumėte į tai žiūrėti.

Tačiau nors toks toksiškumas privers visus žinduolius pakankamai kvailus, kad galėtų kramtyti dervos spurtą, resiniferatoksinas taip pat pasirodė kaip daug žadantis skausmą malšinantis vaistas. Suleiskite RTX, kaip žinoma, į skausmingą sąnarį, ir tai iš tikrųjų sunaikins nervų galus, signalizuojančias apie skausmą. Tai reiškia, kad medicina netrukus gali gauti naują įrankį, padėsiantį išlaisvinti mus nuo opioidų gniaužtų.

Žmogaus kūnas yra pakrautas įvairių jutimo neuronų. Kai kurie skoniai reaguoja į lengvą prisilietimą, kiti signalizuoja sąnario padėtį, dar kiti reaguoja tik į tokius dirgiklius kaip audinių pažeidimai ir nudegimai. RTX nenoriai sunaikins visų šių neuronų galūnių. Vietoj to, jis jungiasi prie pagrindinės molekulės konkrečiai skausmo jutimo nervų galūnėse, vadinamoje TRPV1 (tariama TRIP-vee one).

Šis TRPV1 receptorius paprastai reaguoja į temperatūrą. Tačiau jis taip pat reaguoja į molekulių šeimą, vadinamą aštriais, įskaitant kapsaiciną, veikliąją aitriųjų pipirų medžiagą. „Taigi, kai dedate aitriąją papriką ant liežuvio ir jaučiate, kad ji dega, tai ne dėl liežuvio liepsnos“, - sako Tony Yaksh, UC San Diego anesteziologijos ir farmakologijos katedros profesorius, studijavęs RTX. . „Tai tiesiog suaktyvina tuos pačius jutimo aksonus, kurie būtų suaktyvinti liežuviu turėjo degė “.

RTX yra kapsaicino analogas, tik jis yra nuo 500 iki 1000 kartų stipresnis. Kai RTX prisijungia prie TRPV1, jis skatina atidaryti nervinės ląstelės jonų kanalą, įleisdamas daug kalcio. Tai toksiška, todėl inaktyvuojamos skausmą jaučiančios nervų galūnės.

Dėl to kitos jutimo neuronų rūšys nesikeičia, nes RTX yra labai specifinis TRPV1. „Taigi jūs gaunate selektyvumą, nes jis veikia tik TRPV1, kuris yra tik tam tikros klasės pluoštų, kurie tik perduoda skausmą“, - sako Yaksh. „Todėl galite pasirinktinai numalšinti skausmą, nepanaikindami, tarkime, lengvo prisilietimo ar savo gebėjimo vaikščioti.

Taigi, jei norėtumėte gydyti kelio skausmą, galite tiesiogiai suleisti RTX į kelio audinį. Žinoma, pirmiausia pacientą anestezuotumėte, nes dėl to skausmas būtų stiprus. Tačiau po kelių valandų tas skausmas išnyksta, ir jūs susiduriate su keliu, kuris nejautrintas skausmui.

Tyrėjai tai jau padarė su šunimis. „Jis yra labai veiksmingas ir trunka daug, daug ilgiau, nei tikėjausi, gal vidutiniškai 5 mėnesius, kol šunų savininkai paprašė pakartotinio švirkštimosi“, – sako Michaelas Iadarola, Nacionaliniame sveikatos institute studijuojantis RTX. „Gyvūnai iš esmės šlubavo ir pradėjo lakstyti. Vienas šuo nuėjo net 18 mėnesių, kol jo šeimininkai pastebėjo, kad skausmas sugrįžo.

Tai labai tikslinga programa, bet kaip su plačiau paplitusiu skausmu? Pavyzdžiui, vėžiu sergantys pacientai gali išgyventi agoniją slaugydami gyvenimo pabaigą. Čia taip pat RTX gali veikti kaip galingas skausmą malšinantis vaistas. Tiesą sakant, NIH atlieka bandymus su kaulų vėžiu sergančiais pacientais.

„Mes naudojame tą pačią techniką, kaip ir stuburo anesteziją“, - sako NIH anesteziologas Andrew Mannesas. „Visa idėja yra ta, kad jūs neinjektuojate į patį stuburą, o švirkščiate jį į skystį, supa stuburo “. Įpurškimas tiesiai į laidą gali jį sugadinti. Dėl viso to pacientai anestezuojami, o pabudę gydomi trumpalaikiais skausmais. „Atrodo, kad dėl to jie išgyvena blogiausią, o paskui per kelias ateinančias valandas atslūgsta iki taško, kai jie nebejaučia skausmo.

Čia RTX veikia tuo pačiu principu, tarsi jūs jį švirkščiate tiesiai į konkrečią susirūpinimą keliančią sritį, pavyzdžiui, kelį. Bet kadangi jis švirkščiamas labiau centralizuotai, jis plačiai malšina skausmą. „Daugeliui vėžiu sergančių pacientų reikia, kad vaistas pašalintų skausmą daugelyje skirtingų regionų“, – sako Iadarola. "Taigi mes įdedame jį į skyrių, kuriame yra sujungti apatinės kūno dalies nervai."

Dabar skausmas yra tas, kad jis atsirado dėl priežasties. Tai nepakeičiama priemonė, padedanti pajusti, ar darai savo kūnui tai, ko neturėtum daryti, pavyzdžiui, laikyti užplikytą kavos puodelį. Žinoma, norime palengvinti skausmą, tačiau tai gali būti problemiška taip pat efektyvus?

Žmonėms, kenčiantiems kelio skausmą, tikrai ne - injekcija skirta konkrečiai sričiai, todėl likusi kūno dalis vis tiek gali jausti skausmą. O priežiūros pabaigoje-centrinė injekcija gali atnešti ilgai lauktą palengvėjimą. „Mes tai darome vėžiu sergantiems pacientams, kurie išbandė visus kitus gydymo būdus ir jiems nepavyko“, - sako NIH neurochirurgas Johnas Heissas. „FDA leido mums nurodyti tik vėžiu sergančius pacientus, kurių gyvenimo trukmė yra ribota, nes susirūpinimą kelia tai, kad praradę skausmą ir temperatūros pojūtį, galite turėti žalingą poveikį“.

RTX pažadas slypi jo specifikoje. Pagalvokite apie tai kaip apie snaiperio šautuvą nuo skausmo, o opioidai labiau primena rankines granatas. Opioidai nukreipti į viso kūno receptorius, o ne į konkretų jutimo neuronų tipą. „Štai kodėl, kai kam nors duodi, užkietėja viduriai, atsiranda sedacija, gali pasireikšti kvėpavimo slopinimas“, – sako Mannesas.

Tai ir jūs turite nuolat vartoti opioidus, bet ne taip su RTX. „Jūs duodate vieną kartą ir jis turėtų trukti ilgą laiką, nes jis naikina pluoštus“, - sako Mannesas. „Tačiau kitas dalykas, kurį reikia atsiminti, yra tai, kad nėra jokio pastiprinimo. Su tuo nesusijusių aukštumų, nėra jokio priklausomybės potencialo.

Beje, jei RTX taps plačiai prieinamas, jums nereikės gydyti skaudančio kelio po maratono – tai rimtas vaistas nuo sunkių ligų. Tačiau tiesiau sprendžiant skausmo šaknis augalas, turintis pragaro smūgį, galėtų padėti sumažinti opioidų ir kitų į granatas panašių skausmą malšinančių vaistų.


Motorinių neuronų liga

Motorinių neuronų liga (MND) yra neurodegeneracinė liga, sukelianti greitai progresuojantį raumenų silpnumą. Liga paveikia nervų ląsteles (motorinius neuronus), kurios kontroliuoja raumenis, kurie leidžia judėti, kalbėti, kvėpuoti ir ryti.

MND taip pat žinoma kaip amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS) arba Lou Gehrigo liga. Maždaug 1400 žmonių Australijoje gyvena su šia liga. MND paprastai pasireiškia 50 metų amžiaus žmonėms, o išgyvenamumas yra maždaug 2–5 metai nuo simptomų atsiradimo. Nors šiuo metu nėra gydymo MND, yra anti-glutamaterginių vaistų, kurie sulėtina ligos progresavimą.

Mes bandome pagerinti savo supratimą apie tai, kas sukelia neuronų mirtį, tyrinėdami pacientus, sergančius MND, naudodami naujus elektrinius ir magnetinius tyrimus. Mes taip pat vykdome narkotikų bandymą, tikėdamiesi, kad tai sulėtins šios pražūtingos ligos progresavimą.

MŪSŲ NAUJAUSI TYRIMAI

Frontotemporinė demencija ir motorinių neuronų liga

Šio projekto tikslas yra sukurti ląstelių kultūrą ir pelių modelius, kad būtų galima ištirti pagrindinius patomechanizmus ir sukurti/išbandyti naujus gydymo būdus.

16 chromosomos demencijos / motorinių neuronų ligos geno pozicinis klonavimas

Šio projekto tikslas – atlikti šio naujo neurodegeneracijos geno biologinį apibūdinimą. Taip pat nagrinėjame komerciškai prieinamų ir kliniškai svarbių agonistų ir antagonistų grupę, skirtą modifikuoti pagrindinius būdus, susijusius su Alzheimerio liga ir kitais neurodegeneraciniais sutrikimais.


Imuninė sistema

Oras, vanduo, maistas ir mus supantys paviršiai yra apgyvendinti mikroorganizmais. Kai kurie yra gana nekenksmingi, kai kurie yra naudingi, o dalis jų yra gana pavojingi. Pastaroji grupė gali sukelti rimtų ligų, kurios gali pakenkti mūsų organizmui - nuo paprastų peršalimo ligų iki apsinuodijimo maistu. Tačiau, laimei, dauguma žmonių lengvai suserga. Jie turi keletą gynybinių užtvarų. Be šių kliūčių, yra sudėtinga gynybinė sistema, kuri aktyviai naikina potencialiai kenksmingus organizmus keliais mechanizmais. Jis vadinamas Imuninė sistema.

Įsivaizduokime, kad lauke yra nemalonus mikroorganizmas, kuris tikrai nori patekti į mūsų kūną. Yra tiek daug ląstelių, į kurias galima įsiveržti ir panaudoti savo naudai, o mūsų kraujas turi visokių maistinių medžiagų, dėl kurių parazitas tiesiog mirtų. Tačiau tam, kad pasiektume tuos mūsų lobius, ji turi patekti pirmiausia. Ir tai nėra taip paprasta. Dar prieš susidurdama su imunine sistema ji turi įveikti esamas pasyvias kliūtis.

Pirmoji gynybos linija: oda, fermentai ir rūgštys

Pažvelk į save veidrodyje. Visas mūsų kūnas yra padengtas sudėtinga struktūra, vadinama oda. Jis turi kelis sluoksnius ir labai sunkiai prasiskverbia. Odai sulaužyti reikia specialios priemonės - pavyzdžiui, uodo, nago ar įgėlimo. Tada mikroorganizmai gali įsiveržti.

Mūsų veidas turi keletą galimų patogenų patekimo taškų. Tipiški pavyzdžiai gali būti burna ir akis. Akis yra labai sudėtinga struktūra, o kai kurie subtiliausi jos komponentai yra nuolat veikiami išorės, kad galėtume matyti. Akivaizdu, kad burna yra vieta, kur patenka maistas. Su maistu taip pat gali patekti bet kokie mikroorganizmai. Bet yra sprendimas! Tose srityse, kuriose kūnas negali susidaryti storų barjerų, jis naudoja chemiją. Mūsų ašaros ir seilės turi specialų fermentą, kuris gali labai efektyviai naikinti bakterijas. Tai vadinama lizocimas. Mūsų seilėse taip pat yra virškinimo fermentų, kurie gali padėti virškinti maistą ir jame esančias bakterijas.

Jei negalite jų sunaikinti - sulaikykite. Šis metodas labai veiksmingai naudojamas mūsų nosiai ir ausims. Mūsų nosies gleivinės audiniai gamina sudėtingą medžiagą, vadinamą gleivės. Jis supa dulkes ir galimus patogenus, o paskui čiaudėdami galime juos visus pašalinti. Mūsų ausų ląstelės naudoja panašų metodą - jos gamina ausų vaškas. Jis taip pat supa visus pašalinius objektus ir tada juos visus galima lengvai pašalinti.

Net jei mikroorganizmas išgyveno sunkią burnos aplinką, vėliau jis gali būti sunaikintas. Kai virškiname maistą, skrandis prisipildo itin aktyvios rūgšties. Dauguma mikroorganizmų negali jo išgyventi.

Tačiau nepaisant tų veiksmingų mechaninių ir cheminių kliūčių, patogenai vis tiek patenka į mūsų kūną. Jie turi skirtingus būdus, kaip įveikti mūsų sienas. Ir čia jų laukia antroji gynybos linija - mūsų imuninė sistema.

Armija už sienos: imuninė sistema

Mūsų imuninė sistema yra unikali. Daugumoje mūsų kūno sistemų mes turime organų grandinę, kurioje kiekvienas organas atlieka savo specifinę funkciją. Imuninė sistema organizuojama skirtingai. Jis plinta aplink mūsų kūną. Ir pagrindiniai jo varikliai yra ne organai, o imuninės ląstelės. Šios imuninės ląstelės savo ruožtu atlieka įvairias funkcijas:

  • sunaikinti patogenus
  • sunaikinti pažeistas, pažeistas ir senas ląsteles
  • sunaikinti galimas vėžio ląsteles
  • gaminti antikūnus
  • gaminti antitoksinus

Kaip matote, imuninės ląstelės ne tik naikina galimus svetimus organizmus, bet ir palaiko kūno vientisumą homeostazė.

Mūsų imuninės ląstelės taip pat vadinamos baltieji kraujo kūneliai. Yra keletas imuninių ląstelių tipų ir visos jos gaminamos kaulų čiulpai iš ypatingų kamieninės ląstelės. Šios ląstelės taip pat vadinamos kraujodaros, nes jie yra visų kraujo ląstelių - raudonųjų ir baltųjų kraujo kūnelių - gamybos pradžia.

Nors yra keletas imuninių ląstelių tipų, jas galima suskirstyti į du pagrindinius skyrius, atsižvelgiant į tai, kaip ir kaip jos reaguoja į invaziją: yra įgimtos imuninės ląstelės ir prisitaikančios imuninės ląstelės.

Įgimtos ir prisitaikančios imuninės ląstelės pavyzdžiai

Kuo jie skiriasi?

Įgimtas imunitetas: pirmieji atsakikliai

Įgimto imuniteto ląstelės yra pirmosios vietoje. Jie yra kaip patruliai. Jie cirkuliuoja mūsų kraujyje, yra limfmazgiuose ir net plaučiuose. Yra keletas pagrindinių įgimtų imuniteto ląstelių:

  • makrofagai
  • neutrofilai
  • dendritinės ląstelės

Makrofagai ir neutrofilai yra fagocitinis ląstelės. Nustatę įsibrovėlį, jie apsupa jį ir sunaikinimui naudoja specialius fermentus ir vandenilio peroksidą. Šis procesas vadinamas fagocitozė.

Fagocitozės procesas

Dendritinės ląstelėssavo ruožtu nėra kariai. Bet jie taip pat labai svarbūs. Jie paima įsiveržusių bakterijų ar virusų gabalėlius ir nustumia juos į savo ląstelių membranas, todėl kitų ląstelių receptoriai gali su jais sąveikauti. Šis procesas vadinamas antigeno pateikimas.

Viskas gali būti antigenas – svetima molekulė, paties organizmo molekulė ar net visas patogenas, pavyzdžiui, virusas. Ir svarbu tai „pristatyti“ kitoms ląstelėms dėl labai įdomaus mūsų imuninės sistemos mechanizmo. Matote, įgimtos imuninės ląstelės domisi tik tuo atveju, jei sutiktas objektas yra svetimas ar ne. Jie tik skiria „savęs“ nuo „nesava“. Jie yra nespecifiniai. Tačiau adaptyvaus imuniteto ląstelės tiksliai žino, su kuo jos susiduria.

Adaptyvusis imunitetas: specialiosios pajėgos

Adaptyviosios imuninės sistemos ląstelės vadinamos limfocitai. Yra du pagrindiniai limfocitų tipai. Kiekvienas tipas sukuria savo specifinę gynybą nuo įsiveržusio priešo.

Jei dendritinė ląstelė atneša savo antigeno gabalėlį į T-limfocitai, arba a T-ląstelė, tai prasidėtų a ląstelių imunitetas atsakymas. T-ląstelių paviršiuje yra specifinių receptorių. Kiekviena konkreti T ląstelė turi receptorius konkrečios bakterijos, viruso ar kito agento dalims. Taigi, kai dendritinė ląstelė parodo savo antigeną, T-ląstelės su tinkamais receptoriais plūsta į infekcijos vietą. Tada jie sunaikina atitinkamas bakterijas ar užkrėstas ląsteles.

Jei mūsų antigeną pristatanti ląstelė patektų kito tipo limfocitai, vadinami B-limfocitai arba a B-ląstelė, tai suaktyvintų humoralinis imunitetas atsakymas. B ląstelės nežudo tiesiogiai. Jie gamina specifinius baltymus, kurie gali tvirtai prilipti prie patogeno – antikūnai. Vėlgi, yra specifinių antikūnų, kurie reaguoja tik su konkrečiais organizmais. Jie nėra universalūs. Kai organizmas yra „pažymėtas“ antikūnais, jį nužudyti ir sunaikinti yra daug lengviau.

Adaptyviojo imuniteto puiku yra tai, kad jei jie kada nors susidurs su tam tikru infekcijos sukėlėju, jie tai prisimins. Ir jei ji vėl bandys įsiveržti, jie du kartus greičiau pradės gynybą ir greitai ją pašalins. Todėl sakome, kad turime imunitetą raudonukei ar vėjaraupiams – kai tik susirgome šia liga, informaciją užsirašo mūsų imuninės ląstelės. Ir kitą kartą jie lengvai pašalintų tą patį virusą.

Tas pats principas yra skiepijimo pagrindas. Vakcina apima tam tikrų virusų ir bakterijų dalis. Jie yra pakankamai silpni, kad nesukeltų tikros ligos, tačiau yra pakankamai svetimi, kad priverstų mūsų imunines ląsteles gaminti jiems antikūnus. Ir kai mes iš tikrųjų susiduriame su infekcija, mes jos apskritai neturėtume arba turėtume tik lengvą ligą, o ne visišką, su daugybe komplikacijų.

Laimei, mūsų kūną nėra taip lengva sunaikinti. Tačiau taip pat turėtume prisiminti, kad bet kokiu būdu palaikydami ją - valgydami maistingus patiekalus, išlaikydami švarą ir formą - padedame jai geriau apsiginti.

Nuorodos ir tolesnis skaitymas:

[4.] Janeway, C. A. ir kt. (2001) Imunobiologija: Imuninė sistema sveikatos ir ligų srityse. 5-asis leidimas. Niujorkas. Girliandų mokslas, 2001 m.


„Ice Bucket Challenge“ finansuoja genų atradimą ALS (MND) tyrimuose

Mokslininkai nustatė naują geną, prisidedantį prie ligos - NEK1.

„Ice Bucket Challenge“ surinko 115 milijonų dolerių (87,7 mln. Svarų) iš žmonių, kurie pylė šaltu vandeniu save ir paskelbė vaizdo įrašą socialiniuose tinkluose.

Jis buvo kritikuojamas kaip triukas, tačiau finansavo šešis mokslinių tyrimų projektus.

„Project MinE“ tyrimas, paskelbtas žurnale „Nature Genetics“, yra didžiausias kada nors paveldėto ALS, dar vadinamo motorinių neuronų liga (MND), tyrimas.

Daugiau nei 80 mokslininkų iš 11 šalių ieškojo ALS rizikos genų ligos paveiktose šeimose.

„Sudėtinga genų analizė, kuri lėmė šią išvadą, buvo įmanoma tik dėl daugybės turimų ALS mėginių“, - sako Lucie Bruijn iš ALS asociacijos.

Geno NEK1 identifikavimas reiškia, kad mokslininkai dabar gali sukurti genų terapiją, skirtą jam gydyti.

Nors tik 10% ALS sergančių pacientų turi paveldimą formą, mokslininkai mano, kad genetika prisideda prie daug didesnio atvejų procento.

Socialinė žiniasklaida buvo kupina vaizdo įrašų, kuriuose 2014 metų vasarą žmonės pylė šaltą vandenį, kad surinktų pinigų ALS.

Daugiau nei 17 milijonų žmonių įkėlė vaizdo įrašus į „Facebook“, įskaitant daugybę įžymybių, kurios priėmė šį iššūkį ir kurias tada stebėjo 440 milijonų žmonių visame pasaulyje.


Kaip sidabro jonai naikina bakterijas

Antimikrobinės sidabro savybės buvo žinomos šimtmečius. Nors vis dar yra paslaptis, kaip tiksliai sidabras naikina bakterijas, Arkanzaso universiteto mokslininkai žengė žingsnį link geresnio proceso supratimo, tyrinėdami baltymų dinamiką gyvose bakterijose molekuliniu lygmeniu.

Tradiciškai sidabro antimikrobinis poveikis buvo matuojamas atliekant biologinius tyrimus, kurių metu medžiagos poveikis bandomajam organizmui lyginamas su standartiniu neapdorotu preparatu. Nors šie metodai yra veiksmingi, jie paprastai laiku sukuria tik momentines nuotraukas, sakė žurnale paskelbtas fizikos profesorius Yong Wang ir tyrimo autorius. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija.

Vietoj to Wangas ir jo kolegos naudojo pažangią vaizdo gavimo techniką, vadinamą vienos dalelės sekimo fotoaktyvuota lokalizacijos mikroskopija, norėdami stebėti ir sekti tam tikrą baltymą, randamą E. coli bakterijos laikui bėgant. Tyrėjai nustebo sužinoję, kad sidabro jonai iš tikrųjų pagreitino baltymo dinamiką, priešingai nei jie manė. "Yra žinoma, kad sidabro jonai gali slopinti ir nužudyti bakterijas, todėl tikėjomės, kad viskas sulėtėjo bakterijose, kai buvo gydoma sidabru. Tačiau stebėtinai pastebėjome, kad šio baltymo dinamika tapo greitesnė."

Mokslininkai pastebėjo, kad sidabro jonai išskiria suporuotas DNR grandines bakterijose ir susilpnėja ryšys tarp baltymų ir DNR. „Tada galima suprasti greitesnę sidabro sukeltų baltymų dinamiką“, – sakė Wang. "Kai baltymas yra prijungtas prie DNR, jis lėtai juda kartu su DNR, kuri yra didžiulė bakterijų molekulė. Priešingai, gydant sidabru, baltymai nukrenta nuo DNR, juda patys ir taip greičiau. "

DNR atskyrimo, kurį sukelia sidabro jonai, stebėjimas buvo atliktas iš ankstesnio darbo, kurį Wang ir kolegos atliko su išlenkta DNR. Jų požiūris, kurio patentas šiuo metu laukiamas, buvo įtempti DNR grandines, jas sulenkiant, taip padidinant jų jautrumą sąveikai su kitomis cheminėmis medžiagomis, įskaitant sidabro jonus.

Nacionalinio mokslo fondo finansuojamas tyrimas patvirtino idėją ištirti atskirų baltymų dinamiką gyvose bakterijose, sakė Wangas-metodas, galintis padėti tyrėjams suprasti realaus laiko bakterijų atsaką į sidabro nanodaleles, kurios buvo pasiūlytos kovai su -vadinamos „superbakterėmis“, kurios yra atsparios dažniausiai skiriamiems antibiotikams.

„Galų gale mes norime panaudoti naujas žinias, gautas iš šio projekto, kad sukurtume geresnius antibiotikus, pagrįstus sidabro nanodalelėmis“, - sakė Wang.


9 svarbių virusinių ligų sąrašas | Ligos | Žmogaus sveikata | Biologija

Devynių svarbių žmonių virusinių ligų sąrašas: 1. Vėjaraupiai 2. Raupai 3. Poliomielitas 4. Tymai 5. Kiaulytė 6. Pasiutligė 7. Trachoma 8. Gripas 9. Hepatitas.

Virusinė liga # 1. Vėjaraupiai (vėjaraupiai):

Patogenas ir#8211 herpes zoster virusas (DNR virusas)

Epidemiologija ir Nr. 8211 Užkrečiamasis ir Formitas

Inkubacinis laikotarpis – 12-20 dienų

Simptomai – Tamsiai raudonos spalvos bėrimas arba raupai virsta pūslelėmis, pluta ir krenta.

Profilaktika – Dabar yra vakcina, izoliacija.

Terapija ir#8211 Zoster imunoglobulinai (ZIG).

Virusinė liga Nr. 2. Raupai (Variolla):

Patogenas – Variola-virus (DNR virusas)

Epidemiologija ir#8211 užkrečiama ir lašelinė infekcija

Inkubacinis laikotarpis ir#8211 12 dienų

Simptomai – Bėrimo išvaizda, virsta pustulėmis, šašais ir krentanti.

Profilaktika ir raupų vakcina.

Terapija ir#8211 Po 1978 m. Nepranešta apie atvejus.

Virusinė liga Nr. 3. Poliomielitas:

Patogenas ir#8211 poliomielito virusas (RNR virusas)

Epidemiologija – Tiesioginė ir žodžiu

Inkubacinis laikotarpis – 7-14 dienų

Simptomai ir pažeidžia motorinius neuronus, sukeldami kaklo sustingimą, traukulius, apskritai kojų paralyžių.

Profilaktika ir#8211 ‘Salk ’ vakcina ir burnos poliomielito vakcina.

Virusinė liga # 4. Tymai (Rubeolla liga):

Patogenas ir#8211 Rubeolla virusas (RNR virusas)

Epidemiologija ir#8211 užkrečiama ir lašelinė infekcija

Inkubacinis laikotarpis ir#8211 10 dienų

Simptomai ir#8211 Rubeolla (odos išbėrimas), kosulys, čiaudulys ir kt.

Profilaktika – Edmonston-B vakcina, izoliacija

Terapija – Antibiotikai ir sulfa vaistai.

Virusinė liga # 5. Kiaulytė:

Patogenas ir#8211 parotito virusas (RNR virusas)

Epidemiologija ir#8211 užkrečiama ir lašelinė infekcija

Inkubacinis laikotarpis – 12-26 dienos

Simptomai – Skausmingas paausinių seilių liaukų padidėjimas.

Profilaktika – kiaulytė – vakcinos išskyrimas

Virusinė liga # 6. Pasiutligė (hidrofobija):

Patogenas – Pasiutligės virusas (RNR virusas)

Epidemiologija ir#8211 netiesioginis ir skiepijimas (pernešėjai yra pasiutę gyvūnai beždžionės, katės, šunys)

Inkubacinis laikotarpis ir#8211 nuo 10 dienų iki 1–3 mėnesių

Simptomai – Gerklės ir krūtinės raumenų spazmai, vandens baimė, paralyžius ir mirtis.

Profilaktika – Šunų imunizacija.

Terapija ir pasterinis gydymas (14 vakcinų skrandyje).

Virusinė liga # 7. Trachoma:

Patogenas ir#8211 Chlamydia trachomatis

Epidemiologija ir#8211 užkrečiamos, formito platinamos ir musės (vektoriai)

Inkubacinis laikotarpis ir#8211 5-12 dienų

Simptomai – Junginės ir ragenos uždegimas, sukeliantis aklumą.

Terapija – Tetraciklinas ir sulfonamidas.

Virusinė liga Nr. 8. Gripas (gripas):

Patogenas – Myxovirus influenzae (RNR virusas)

Epidemiologija ir oru plintanti pandemija

Inkubacinis periodas – 24-48 valandos Trunka 4-5 dienas

Simptomai ir bronchitas, čiaudintis bronchopneumonija, leukopenija, kosulys ir kt.

Terapija ir antibiotikų terapija.

Virusinė liga # 9. Hepatitas (epideminė gelta):

Patogenas ir#8211 hepatito B virusas

Epidemiologija – Tiesioginis ir oralinis (su maistu ir vandeniu)

Inkubacinis laikotarpis – 20-35 dienos

Simptomai ir kepenų pažeidimas, išskiriantis bilirubiną, dėl kurio atsiranda gelta.

Profilaktika ir#8211 Tinkama sanitarija, tinkamas maisto, vandens, pieno ir kt. Naudojimas chloruotas arba virintas vanduo ir kt.


Aktyvus prieš pasyvų imunitetą

Skirtumas tarp aktyvaus ir pasyvaus imuniteto yra tas, iš kur atsirado antikūnai. Esant aktyviam imunitetui, organizmo imuninės ląstelės atpažįsta svetimas daleles ir ląsteles ir sukuria antikūnus su jomis kovoti. Kita vertus, pasyvus imunitetas tiesiog suteikia organizmui teisingus antikūnus kovai su mikrobais ir patogenais. Pasyvus imunitetas dažniausiai pastebimas nėštumo metu, kai motinos antikūnai patenka į kūdikį ir jį apsaugo. Kūdikio aktyvus imunitetas dar nėra susiformavęs, todėl jam reikia motinos antikūnų.


Rekombinantinių vakcinų tipai: 3 tipai

Pastaraisiais metais rekombinantinė DNR technologija tapo palaima gaminti naujos kartos vakcinas. Taikant šį metodą, būtų galima įveikti kai kuriuos tradicinės vakcinos gamybos apribojimus (išvardintus aukščiau). Be to, bandoma sukurti kelias naujas strategijas, susijusias su genų manipuliavimu, siekiant sukurti naujas rekombinantines vakcinas.

Rekombinantinių vakcinų tipai:

Rekombinantinės vakcinos gali būti plačiai suskirstytos į tris grupes:

1. Rekombinantinės vakcinos subvienetas:

Tai yra patogeninių organizmų sudedamosios dalys. Subvienetinės vakcinos apima baltymus, peptidus ir DNR.

2. Susilpnintos rekombinantinės vakcinos:

Tai yra genetiškai modifikuoti patogeniniai organizmai (bakterijos ar virusai), kurie tampa nepatogeniški ir naudojami kaip vakcinos.

3. Rekombinantinės vakcinos:

Tai genetiškai modifikuoti virusiniai vektoriai, kurie gali būti naudojami kaip vakcinos nuo tam tikrų patogenų. Trumpai aprašomi kai kurie rekombinantinių vakcinų nuo tam tikrų ligų gamybos pokyčiai.

1 tipas. Subvieneto vakcinos:

Kaip jau minėta, subvienetinės rekombinantinės vakcinos yra patogeninių organizmų komponentai (baltymai, peptidai, DNR). Šių vakcinų pranašumai yra jų grynumas ruošiant, stabilumas ir saugus naudojimas. Trūkumai yra aukšta kaina ir galimi vietinės struktūros pokyčiai. Mokslininkai atidžiai įvertina kiekvienos ligos subvienetinių vakcinų privalumus ir trūkumus ir tęsia svarstomus privalumus.

Hepatitas B:

Hepatitas B yra plačiai paplitusi žmogaus liga. Tai pirmiausia paveikia kepenis, sukelia lėtinį hepatitą, cirozę ir kepenų vėžį. Hepatitis B virus is a 42 nm particle, called Dane particle. It consists of a core containing a viral genome (DNA) surrounded by a phospholipid envelope carrying surface antigens (Fig. 16.1 A).

Infection with hepatitis B virus produced Dane particles and 22 nm sized particles. The latter contain surface antigens which are more immunogenic. It is however, very difficult to grow hepatitis B virus in mammalian cell culture and produce surface antigens. The gene encoding for hepatitis B surface antigen (HBsAg) has been identified. Recombinant hepatitis B vaccine as a subunit vaccine, is produced by cloning HbsAg gene in yeast cells. Saccharomyces cerevisiae, a harmless baking and brewing yeast, is used for this purpose (Fig. 16.1B). The gene for HBsAg is inserted (pMA 56) which is linked to the alcohol dehydrogenase promoter. These plasmids are then transferred and cultured.

The cells grown in tryptophan, free medium are selected and cloned. The yeast cells are cultured. The HBsAg gene is expressed to produce 2nm sized particles similar to those found in patients infected with hepatitis B. (These particles are immunoreactive with anti-HBsAg antibodies). The subunit HBsAg as 22 nm particles can be isolated and used to immunize individuals against hepatitis B.

Hepatitis B vaccine-the first synthetic vaccine:

In 1987, the recombinant vaccine for hepatitis B (i.e. HBsAg) became the first synthetic vaccine for public use. It was marketed by trade names Recombivax and Engerix-B. Hepatitis B vaccine is safe to use, very effective and produces no allergic reactions. For these reasons, this recombinant vaccine has been in use since 1987.

The individuals must be administered three doses over a period of six months. Immunization against hepatitis B is strongly recommended to anyone coming in contact with blood or body secretions. All the health professionals—physicians, surgeons, medical laboratory technicians, nurses, dentists, besides police officers, firefighters etc., must get vaccinated against hepatitis B.

Hepatitis B vaccine in India:

India is the fourth country (after USA, France and Belgium) in the world to develop an indigenous hepatitis B vaccine. It was launched in 1997, and is now being used.

Hepatitis B vaccine tomato?

Biotechnologists have been successful in inserting hepatitis B gene into the cells of the tomato plant. These genetically engineered plants produce hepatitis B antigens. The day may not be far off to get immunized against hepatitis B by having a tomato with lunch!

Foot and Mouth Disease:

Foot and mouth disease (FMD) is a highly contagious disease affecting cattle and pigs. A formalin killed foot and mouth disease virus (FMDV) was previously used to vaccinate against this disease. The genome of FMDV is composed of a single— stranded RNA, covered by four viral proteins (VP1, VP2, VP3 and VP4). Among these, VPI is immunogenic. The nucleotide sequence encoding VPI was identified in the FMDV genome. A double- stranded complementary DNA (cDNA) from the single-stranded viral RNA (genome) was synthesized.

This cDNA was then digested with restriction enzymes and the fragments were cloned by using plasmid pBR322 in E. coli. The recombinant vaccine for FMDV in the form of viral protein 1 was used to vaccinate animals. However, VPI vaccination was found to be less effective than that of the whole virus in protecting FMD. Further, studies are being pursued to improve the efficiency of subunit vaccine.

The concept of peptide vaccines:

Theoretically, it is expected that only small portions of a given protein (i.e., domains) are immunogenic and bind to antibodies. Logically, it is possible to use short peptides that are immunogenic as vaccines. These are referred to as peptide vaccines.

Peptide vaccines for foot and mouth disease:

Some details on the FMD are described above. The domains of viral protein I (VPI) of FMDV were chemically synthesized. From the C-terminal end of VPI, amino acids 141 to 160, 151 to 160 and 200 to 213, and from N-terminal end, amino acids 9 to 24, 17 to 32 and 25 to 41 were synthesized.

Each one of these short peptides (domains) was bound to the surface of a carrier protein (Fig. 16.2) and used as a vaccine. Among the peptides used, the one corresponding to amino acids 141 to 160 was found to be effective in immunizing guinea pigs against FMD. In addition, when two peptides were joined together (amino acids 141 to 158, and amino acids 200 to 213), they served as more efficient recombinant vaccines.

The success so far to use recombinant peptides as vaccines has been very limited. This is mainly because a short peptide usually is not enough to be sufficiently immunogenic, since it may not have the same conformation as that of the original viral particle. However, scientists continue their search for specific, inexpensive and safe synthetic peptide vaccines for various diseases.

Herpes Simplex Virus:

Herpes simplex virus (HSV) is an oncogenic (cancer-causing) virus. In addition, it also causes sexually transmitted diseases, encephalitis and severe eye infections. Attempts have been made to produce subunit vaccines against HSV. An envelope glycoprotein D (gD) of HSV that can elicit antibody production has been identified. This is a membrane bound protein, and difficult to isolate and purify. The glycoprotein D was modified by deleting the trans membrane portion of the protein (Fig. 16.3) and the gene was modified.

This gene for gD was cloned in a mammalian vector and expressed in Chinese hamster ovary (CHO). The advantage here is that the protein can get glycosylated (unlike in E. coli system). In the experimental trials, the modified form of gD was found to be effective against HSV.

Tuberkuliozė:

Tuberculosis is caused by the bacterium Mycobacterium tuberculosis. It is often fatal, and as per some estimates nearly 3 million deaths occur every year due to this highly infectious disease. Antibiotics are used to treat tuberculosis. However, drug-resistant M. tuberculosis strains have been developed making the drug therapy sometimes ineffective. Vaccination for tuberculosis is therefore, advocated.

Bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccine:

In some countries, particularly the developing ones, BCG vaccine is widely used to protect against tuberculosis. However, countries like United States have not approved BCG vaccination for various reasons. BCG vaccine itself causes tuberculosis in some individuals (AIDS victims) and the vaccinated people respond positively for laboratory diagnosis of tuberculosis.

Subunit vaccines:

The secretory (extracellular proteins of M. tuberculosis have been purified and used for immuno-protection against tuberculosis. Of about 100 such proteins, six were found to be useful (either individually or in combination) to immunize guinea pigs. Attempts are underway to develop recombinant subunit vaccine against tuberculosis.

Meningitis:

Group B strain of meningococci, namely Neisseria meningitidis causes meningitis in adolescents and young adults. Meningitis is characterized by inflammation of the membranes covering brain and spinal cord. The symptoms include headache, photophobia, irritability, and neck stiffness.

Pizza et al (2000) made a novel approach to develop a vaccine against meningitis. They identified 350 proteins (potential protective antigens) and the entire sequence of genome coding for these proteins in N. meningitidis. All the 350 candidate antigens were expressed in E. coli, purified and used to immunize mice. A good bactericidal antibody response was observed in these mice.

AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome):

AIDS is a retroviral disease caused by human immunodeficiency virus (HIV). This disease is characterized by immunosuppression, neo-plasma and neurological manifestations. AIDS is invariably fatal, since as of now there is no cure. Development of a vaccine against AIDS is a top priority by DNA technologists world over. In fact, vaccines are being continuously developed and field tested, although there has been no success so far.

Subunit vaccines:

The development of two subunit vaccines, specifically the glycoproteins of HIV envelope is described here. The functions of gp120 and gp41 of HIV are illustrated in Fig. 16.4A. The glycoprotein gp120 projects out of the HIV envelope while the other glycoprotein gp41 lies beneath gp120.

On entering the body, the HIV binds to the host cells (T-lymphocytes) by attaching gp120 to the CD4 receptor sites on the cell surface. This attachment uncovers gp41 molecules and the viral envelope. Now gp41 binds to the host cell surface and opens a passage for the entry of the virus into the cell.

Biotechnologists have isolated the genes for gp120 and gp41 and inserted them into the bacterium E. coli. These bacterial cells produce gp120 and gp41 that can be used as recombinant vaccines against AIDS. The action of gp120 and gp41 in immunizing host T-lymphocytes is depicted in Fig. 16.4B.

The gp120 molecules stimulate the host immune system to produce anti- gp120 antibodies. These antibodies bind to gp120 and prevent its attachment to CD4. In a comparable manner, gp41 molecules also result in the production of anti-gp41 antibodies. These antibodies also bind to gp41 and block the virus- host cell union. The net result of using gp120 and gp41 vaccines is that the entry of HIV into the host cells is prevented.

Vaccine against AIDS— not yet a reality:

The description of vaccine development against AIDS (given above), which appears attractive is not so simple. The most important limitations are that the HIV has high frequency of mutations. Therefore the vaccines developed cannot bind to the new virus (i.e., mutated one). In addition, gp120 and gp41 are very poor stimulators of immune system. Despite these limitations, scientists have not lost hope, and continue their research to develop vaccines against AIDS.

DNA Vaccines (Genetic Immunization):

Genetic immunization by using DNA vaccines is a novel approach that came into being in 1990. The immune response of the body is stimulated by a DNA molecule. A DNA vaccine consists of a gene encoding an antigenic protein, inserted onto a plasmid, and then incorporated into the cells in a target animal.

The plasmid carrying DNA vaccine normally contains a promoter site, cloning site for the DNA vaccine gene, origin of replication, a selectable marker sequence (e.g. a gene for ampicillin resistance) and a terminator sequence (a poly—A tail).

DNA vaccine—plasmids can be administered to the animals by one of the following delivery methods.

ii. Intramuscular injection

iii. Intravenous injection

v. Gene gun or biolistic delivery (involves pressure delivery of DNA-coated gold beads).

DNA Vaccine and Immunity:

An illustration of a DNA vaccine and the mechanism of its action in developing immunity is given in Fig. 16.5. The plasmid vaccine carrying the DNA (gene) for antigenic protein enters the nucleus of the inoculated target cell of the host. This DNA produces RNA, and in turn the specific antigenic protein. The antigen can act directly for developing humoral immunity or as fragments in association with major histocompatibility class (MHC) molecules for developing cellular immunity.

Humoral immunity:

As the antigen molecules bind to B- lymphocytes, they trigger the production of antibodies which can destroy the pathogens. Some of the B-lymphocytes become memory cells that can protect the host against future infections.

Cellular immunity:

The protein fragments of the antigen bound to MHC molecules can activate the cytotoxic T-lymphocytes. They are capable of destroying the infected pathogenic cells. Some of the activated T-lymphocytes become memory cells which can kill the future infecting pathogens.

Complementary DNA vaccines:

For genetic immunization, complementary DNA (cDNA) vaccines can also be used. Some workers have successfully used cDNA as vaccines e.g. immunization of mice against influenza.

DNA vaccines for production of antigens and antibodies:

A novel approach for the production of antigens as well as antibodies by DNA vaccine was developed in 1997. In the experiments conducted in mice, researchers injected plasmids containing the genes for malarial parasite and also the genes for the antibodies against malarial parasite. The B-lymphocytes 4 of these mice performed a double duty, and produced antigens for and antibodies against malarial parasite.

The antigens stimulate to produce more and more antibodies. The antibodies so produced react with malarial parasite. The generation of antigens and antibodies by using a DNA vaccine is a recent development in immunology, and is referred to as antigenic antibody approach of DNA vaccine.

Screening of pathogenic genome for selecting DNA vaccines:

The ultimate goal of scientists is to choose the right DNA fragment from the pathogen to serve as a vaccine for the strongest immune response against the invading pathogen. For this purpose, the pathogen’s DNA can be broken into fragments and a large number of vaccines DNA—plasmids can be prepared.

The immune response for each one of the DNA vaccines can be studied by injecting the pathogen. By screening the DNA fragments of the pathogenic genome, it is possible to choose one or few DNA vaccines that can offer maximal immune protection.

Advantages of DNA vaccines:

There are several advantages of using DNA vaccines in immunization:

1. The tedious and costly procedures of purifying antigens or creating recombinant vaccines are not necessary.

2. DNA vaccines are very specific in producing the target proteins (antigens or antibodies). Thus, they trigger immune response only against the specific pathogen.

3. In general, DNA vaccines elicit much higher immune response compared to other kinds of vaccines.

4. DNA vaccines are more stable for temperature variations (low or high) than the conventional vaccines. Thus, the storage and transport problems associated with vaccines are minimal.
5. The delivery methods to the host are simpler for DNA vaccines.

Disadvantages of DNA vaccines:

1. The fate of the DNA vaccine in the host cells is not yet clear. There is a possibility of this DNA getting integrated into the host genome and this may interrupt the normal functions.

2. There also exists a danger of cancer due to DNA vaccines.

3. The post-translational modification of the gene (DNA vaccine) product in host cells may not be the same as that found in the native antigen.

Present status of DNA vaccines:

Since 1990, several groups of workers world-over have been trying to develop DNA vaccines against various diseases in experimental animals. Genetic immunization has been done against a number of pathogenic organisms. These include influenza A virus, rabies virus, hepatitis B virus, bovine herpes virus, HIV type I, and Plasmodium species (malarial parasite). It must be noted that DNA vaccines have not been tried in humans for obvious reasons. The most important being the unknown risks of these foreign DNAs in human subjects.

RNA Vaccines:

Several workers are trying to use RNA molecules as vaccines. These RNAs can readily synthesize the antigenic proteins and offer immunity. But unfortunately, RNAs are less stable than DNAs. This poses a big problem for RNA vaccine manufacture and distribution. Therefore, the progress in the development of RNA vaccines has been rather slow compared to DNA vaccines.

Plants as Edible Subunit Vaccines:

Plants serve as a cheap and safe production systems for subunit vaccines. The edible vaccines can be easily ingested by eating plants. This eliminates the processing and purification procedures that are otherwise needed. Transgenic plants (tomato, potato) have been developed for expressing antigens derived from animal viruses (rabies virus, herpes virus). A selected list of recombinant vaccines against animal viruses produced in plants is given in Table 16.2.

Edible vaccine production and use:

The production of vaccine potatoes is illustrated in Fig. 16.6. The bacterium, Agrobacterium tumefaciens is commonly used to deliver the DNA (genetic material) for bacterial or viral antigens. A plasmid carrying the antigen gene and an antibiotic resistance gene are incorporated into the bacterial cells (A. tumefaciens).

The cut pieces of potato leaves are exposed to an antibiotic which can kill the cells that lack the new genes. The surviving cells (i.e., gene altered ones) can multiply and form a callus (clump of cells). This callus is allowed to sprout shoots and roots, which are grown in soil to form plants.

In about three weeks, the plants bear potatoes with antigen vaccines. The first clinical trials in humans, using a plant- derived vaccine were conducted in 1997. This involved the ingestion of transgenic potatoes with a toxin of E. coli causing diarrhea.

Type # 2. Attenuated Recombinant Vaccines:

In the early years of vaccine research, attenuated strains of some pathogenic organisms were prepared by prolonged cultivation — weeks, months or even years. Although the reasons are not known, the infectious organism would lose its ability to cause disease but retains its capability to act as an immunizing agent. This type of approach is almost outdated now.

It is now possible to genetically engineer the organisms (bacteria or viruses) and use them as live vaccines, and such vaccines are referred to as attenuated recombinant vaccines. The genetic manipulations for the production of these vaccines are broadly of two types:

1. Deletion or modification of virulence genes of pathogenic organisms.

2. Genetic manipulation of non-pathogenic organisms to carry and express antigen determinants from pathogenic organisms.

The advantage with attenuated vaccines is that the native conformation of the immunogenic determinants is preserved hence the immune response is substantially high. This is in contrast to purified antigens which often elicit poor immunological response.

Some of the important attenuated vaccines developed by genetic manipulations are briefly described.

Cholera:

Cholera is an intestinal disease characterized by diarrhea, dehydration, abdominal pain and fever. It is caused by the bacterium, Vibrio cholera. This pathogenic organism is transmitted by drinking water contaminated with fecal matter. Cholera epidemics are frequently seen in developing countries where the water purification and sewage disposal systems are not well developed.

On entering the small intestine, V. cholera colonizes and starts producing large amounts of a toxic protein, a hexameric enterotoxin. This enterotoxin stimulates the cells lining intestinal walls to release sodium, bicarbonate and other ions. Water accompanies these ions leading to severe diarrhea, dehydration, and even death.

The currently used cholera vaccine is composed of phenol-killed V. cholera. The immuno-protection, lasting for 3-6 months is just moderate. Attempts are being made to develop better vaccines. The DNA technologists have identified the gene encoding enterotoxin (toxic protein). Enterotoxin, an hexamer, consists of one A subunit and five identical B subunits. The A subunit has two functional domains-the A1 peptide which possesses the toxic activity and A2 peptide that joins A subunit to B subunits.

By genetic engineering, it was possible to delete the DNA sequence encoding A1 peptide and create a new strain of V. cholera. This strain is non-pathogenic, since it cannot produce enterotoxin. The genetically engineered V. cholera is a good candidate to serve as an attenuated vaccine.

Creating a new strain of V. cholera:

The development of a new strain of Vibrio cholera that can effectively serve as an attenuated recombinant vaccine is depicted in Fig. 16.7, and briefly described below.

1. A tetracycline resistance gene was inserted into the A1 peptide sequence of V. cholera chromosome. This destroys the DNA sequence encoding for A1 peptide, besides making the strain resistant to tetracycline. Unfortunately, the tetracycline resistant gene is easily lost and the enterotoxin activity is restored. Because of this, the new strain of V. cholera as such cannot be used as a vaccine.

2. The DNA sequence of A1 peptide is incorporated into a plasmid, cloned and digested with restriction enzymes (Clal and Xbal). In this manner, the A1 peptide coding sequence is deleted (the DNA encoding for 183 of the 194 amino acids of the A1 peptide is actually removed). By using T4 DNA ligase, the plasmid is re-circularized. This plasmid contains a small portion of A1 peptide coding sequence.

3. The plasmid, containing the deleted A1 peptide sequence is transferred by conjugation into the V. cholera strain carrying a tetracycline resistance gene.

4. Recombination can occur between the plasmid (containing a small portion of peptide A1 coding sequence) and the chromosome of V. cholera (carrying tetracycline resistance gene). The result of this double crossover is the formation of V. cholera containing a chromosomal DNA lacking A1 peptide DNA sequence. As the bacterium, V. cholera multiplies, the plasmids are lost in the next few generations.

5. The V. cholera cells defective in A1 peptide are selected, based on tetracycline sensitivity. It may be noted that this new strain lacks tetracycline resistance gene.

The genetically engineered V. cholera cells with deleted A1 peptide DNA sequence are quite stable. They cannot produce active enterotoxin but possess all other biochemical functions of the pathogen. This new strain of V. cholera is undergoing trials for its efficiency as a vaccine. Preliminary results indicate that this attenuated vaccine can protect about 90% of the volunteers against cholera. But there are some side effects. Scientists continue their work to develop a better vaccine against cholera.

Potato as a vehicle for cholera vaccine:

A group workers have developed a gene altered potato containing attenuated cholera vaccine. These potatoes when fed to mice induced immunity against cholera.

Salmonelės Rūšis:

The different strains of Salmonella genus are responsible for causing typhoid, enteric fever, food poisoning and infant death. Immunoprotection against Salmonella pathogens is really required. Some workers have been successful in deleting aro genes and pur genes in Salmonella.

Aro genes encode for the enzymes responsible for the biosynthesis of aromatic compounds, while pur genes encode for enzymes of purine metabolism. The new strains of Salmonella can be grown in vitro on a complete medium.

The doubly deleted strains have a very restricted growth in vivo, while they can stimulate immunological response. The genetically engineered attenuated vaccines of Salmonella have been shown to be effective as oral vaccines in experimental animals (mice, cattle, sheep, and chickens). Some workers claim that the new strain of Salmonella offers immunoprotection in humans also.

Leišmanija Rūšis:

Leishmania species are flagellated protozoan parasites and are responsible for the disease leishmaniasis. This disease is characterized by cutaneous, visceral and mucosal leisons. Leishmaniasis is transmitted by sand flies.

An attenuated strain of leishmania has been created and successfully used in mice to offer immunoprotection against leishmaniasis. In Leishmania major, the genes encoding dihydrofolate reductase-thymidylate synthase can be replaced by the genes encoding resistance to antibiotics G-418 and hygromycin.

This new strain of L. major invariably requires thymidine in the medium for its growth and multiplication. The attenuated strain of L. major can survive only a few days when administered to mice. This short period is enough to induce immunity in mice against the lesions of leishmania. However, more experiments on animals have to be carried out before the leishmania attenuated vaccine goes for human trials.

Type # 3. Vector Recombinant Vaccines:

Some of vectors can be genetically modified and employed as vaccines against pathogens.

Vaccines against Viruses- Vaccinia Virus:

Vaccinia viruses is basically the vaccine that was originally used by Jenner for the eradication of smallpox. The molecular biology of this virus has been clearly worked out. Vaccinia virus contains a double-stranded DNA (187 kb) that encodes about 200 different proteins. The genome of this virus can accommodate stretches of foreign DNA which can be expressed along with the viral genes.

The vaccinia virus can replicate in the host cell cytoplasm (of the infected cells) rather than the nucleus. This is possible since the vaccinia virus possesses the machinery for DNA replication, transcription-DNA polymerase, RNA polymerase etc. The foreign genes inserted into the vaccinia virus can also be expressed along with the viral genome. Thus, the foreign DNA is under the control of the virus, and is expressed independently from the host cell genome.

The vaccinia viruses are generally harmless, relatively easy to cultivate and stable for years after lyophilization (freeze-drying). All these features make the vaccinia virus strong candidates for vector vaccine. The cloned foreign genes (from a pathogenic organism) can be inserted into vaccinia virus genome for encoding antigens which in turn produces antibodies against the specific disease- causing agent.

The advantage with vector vaccine is that it stimulates B-lymphocytes (to produce antibodies) and T-lymphocytes (to kill virus infected cells). This is in contrast to a subunit vaccine which can stimulate only B-lymphocytes. Thus, vaccinia virus can provide a high level of immunoprotection against pathogenic organisms. Another advantage of vaccinia virus is the possibility of vaccinating individuals against different diseases simultaneously. This can be done by a recombinant vaccinia viruses which carries genes encoding different antigens.

Antigen genes for certain diseases have been successfully incorporated into vaccinia virus genome and expressed. Thus, vector vaccines have been developed against hepatitis, influenza, herpes simplex virus, rabies, angular stomatitis virus and malaria. However, none of these vaccines has been licensed for human use due to fear of safety. It is argued that recombinant vaccinia virus might create life threatening complications in humans.

Production of recombinant vaccinia viruses:

The development of recombinant vaccinia virus is carried out by a two-step procedure (Fig. 16.8).

1. Assembly of plasmid insertion vector:

Fresh vaccinia (cow pox) viruses are processed to release their DNAs. Now genes from hepatitis B virus, herpes simplex virus and influenza virus are added one after another and inserted into vaccinia virus genome. These DNA clusters are cloned in E. coli for increasing their number and to produce plasmid insertion vectors. The plasmid contains the foreign subunit genes, the natural vaccinia genes, including the promoter genes. The recombinant plasmids are isolated and purified and serve as plasmid insertion vectors.

2. Production of recombinant vaccinia viruses:

The animal cells are infected with plasmid insertion vectors and normal vaccinia viruses. As the viral replication occurs, the plasmids are taken up to produce recombinant vaccinia viruses. The plasmid insertion vector incorporates its genes into vaccinia virus genome at a place that encodes for the enzyme thymidine kinase (TK).

Thus the recombinant viruses have lost their ability to produce TK. There are two advantages of loss of TK gene. One is that it is easy to select recombined vaccinia viruses that lack TK gene and the second is that these viruses are less infectious than the normal viruses. The recombinant vaccinia viruses, released from the cultured animal cells, can be successfully used as vaccines. These live viral vaccines have some advantages over the killed or subunit vaccines.

1. Authenticated antigens that closely resemble natural antigens can be produced.

2. The virus can replicate in the host cells. This enables the amplification of the antigens for their action on B-lymphocytes and T-lymphocytes.

3. There is a possibility of vaccinating several diseases with one recombinant vaccinia virus.

1. The most important limitation is the yet unknown risks of using these vaccines in humans.

2. There may be serious complications of using recombinant viral vaccines in immunosuppressed individuals such as AIDS patients.

Other viral recombinant vaccines:

Most of the work on the development of live viral vaccines has been carried out on vaccinia virus. Other viruses such as adenovirus, poliovirus and varicella-zoster virus are also being tried as recombinant vaccines. Scientists are attracted to develop a recombinant poliovirus as it can be orally administered. It might take many more years for the recombinant viral vaccines to become a reality for human use.

Delivery of Antigens by Bacteria:

It is known that the antigens located on the surface of a bacterial cell are more immunogenic than the antigens in the cytoplasm. Based on this observation, scientists have developed strategies to coat the surfaces of non-pathogenic organisms with antigens of pathogenic bacteria.

Flagellin is a protein present in the fragella (thread like filaments) of Salmonella. A synthetic oligonucleotide encoding the epitope of cholera toxin B subunit was inserted into Salmonella flagellin gene. This epitope was in fact found on the flagellum surface. These flagella-engineered bacteria, when administered to mice, raised antibodies against the cholera toxin B subunit peptide. It may be possible in future to incorporate multiple epitopes (2 or 3) into the flagellin gene to create multivalent bacterial vaccines.