واکسن ها را می توان به چند نوع مختلف تقسیم کرد، اما در نهایت همه بر اساس یک اصل کار می کنند: تحریک پاسخ ایمنی برای شناسایی یک پاتوژن (یک ارگانیسم ایجاد کننده بیماری) یا بخشی از یک پاتوژن. هنگامی که سیستم ایمنی برای تشخیص این موضوع آموزش دید، اگر بدن بعداً در معرض عامل بیماری زا قرار گیرد، از بدن حذف می شود. به طور خاص، سیستم ایمنی «آنتی‌ژن‌»های خارجی را می‌شناسد، قسمت‌هایی از پاتوژن در سطح یا داخل آن، که معمولاً در شرایط طبیعی در بدن یافت نمی‌شوند. به عبارت ساده تر، واکسن یک آماده سازی بیولوژیکی است که ایمنی اکتسابی فعال در برابر یک بیماری خاص ایجاد می کند. معمولاً یک واکسن از یک عامل بیولوژیکی تشکیل شده است که نشان دهنده میکروارگانیسم ایجاد کننده بیماری است. اغلب از شکل ضعیف یا کشته شده میکروارگانیسم، سموم آن یا یکی از آنتی ژن های پروتئین سطحی آن ساخته می شود. اولین مورد موفقیت آمیز واکسیناسیون توسط ادوارد جنر در سال 1796 انجام شد. او اولین کسی بود که مشاهده کرد افرادی که آبله گاوی می گرفتند، حتی در تماس مستقیم با این بیماری به آبله مبتلا نمی شدند. فردی که واکسینه شده است، آنتی‌بادی‌هایی علیه آنتی‌ژن پروتئینی تولید می‌کند که از او در برابر ابتلا به بیماری در هنگام حمله میکروارگانیسم بیماری‌زا محافظت می‌کند.

واکسن های نوترکیب

واکسن‌های نوترکیب با استفاده از فناوری DNA نوترکیب و با استفاده از سلول های باکتریایی یا مخمری ساخته می شوند. قطعه کوچکی از DNA از ویروس، باکتری و به طور کلی آنتی ژن که می‌خواهیم در برابر آن محافظت کنیم گرفته شده و وارد سلول‌های سازنده می‌شود. به عنوان مثال، برای ساخت واکسن هپاتیت B، بخشی از DNA ویروس هپاتیت B به DNA سلول‌های مخمر وارد می‌شود. سپس این سلول‌های مخمر که قادر به تولید یکی از پروتئین‌های سطحی از ویروس هپاتیت B هستند خالص شده و به عنوان ماده فعال در واکسن استفاده می‌شوند.

واکسن های نوترکیب را می توان به روش های مختلفی ایجاد کرد. این نوع واکسن ها با کمک سیستم های بیانی مانند باکتری ها، حشرات، مخمرها، گیاهان، پستانداران و حتی بدون سلول ساخته می شوند. چندین مزایا و معایب برای هر یک از این نوع سیستم های بیان وجود دارد، در این مطلب، بر بیان باکتری ها تمرکز خواهیم کرد. بیان باکتری، معمولا E.coli، محبوب ترین ارگانیسم مورد استفاده برای بیان پروتئین نوترکیب است. تا حدی به دلیل سهولت پردازش زیستی و امکان تولید در مقیاس زیاد، مهندسی آسان تر سویه ها، هزینه کمتر و زمان تولید کوتاه تر است. علاوه بر آن، ترکیبی از ژنتیک، سهولت کشت و مقیاس پذیری، بیان سریع و بازده بالا، E.coli را به یک انتخاب جذاب تبدیل کرده است. هنگام استفاده از E.coli برای بیان معایبی وجود دارد که باید در نظر داشت. فقدان یک ماشین تنظیمیکارآمد پس از ترجمه و مشکل در تولید پروتئین با وزن مولکولی بالا وجود دارد. با این حال، یکی از بزرگترین مشکلات بیان E.coli، که تقریباً به اندازه بیان کم یا عدم بیان بد است، بیان نامحلول است. این پدیده زمانی رخ می دهد که بیان بیش از حد منجر به تشکیل تجمعات نامحلول (inclusion bodies) می شود. برای غلبه بر این مشکل فرایندی به نام تا کردن مجدد پروتئین و بهینه سازی در سطوح مولکولی در آزمایشگاه را می توان انجام داد و همچنان به نتایج مطلوب رسید. می‌توان با شرایط بیانی مانند آزمایش سویه‌های مختلف یا تنظیم شرایط رشد و القاء، تغییر محیط‌ها، بافرها، و بیان همزمان چاپرون و در برخی موارد حتی بهبود شرایط لیز سلولی این کار را به ثمر رساند.

در حالی که ساخت انواع مختلفی از واکسن‌ها با فناوری DNA نوترکیب امکان پذیر شده است، واکسن‌های نوترکیب را می‌توان به دو دسته عمده که تنها دسته بندی نیست طبقه بندی کرد.

واکسن‌های DNA (واکسن بر پایه DNA)
واکسن‌های نوترکیب با زیر واحد پروتئینی (واکسن بر پایه پروتئین)

واکسن های DNA

این واکسن‌ها معمولاً شامل DNA ساختگی حاوی ژنی که پروتئین عامل بیماری را کد می‌کند می باشند. معمولاً DNA پلاسمید مورد استفاده به عنوان واکسن در باکتری هایی مانند E. coli تکثیر می شود و برای تزریق، جدا و خالص سازی می شوند. این DNA برهنه معمولاً به صورت عضلانی یا داخل پوستی تزریق می شود. اصل پشت واکسن DNA این است که آنتی ژن را می توان مستقیماً توسط سلول های میزبان بیان کرد، به گونه ای که عفونت ویروسی را شبیه سازی کند و پاسخ ایمنی را از میزبان فراخواند که شبیه GenScript's DNA Immunization Technology است که ابزار قدرتمندی است که به تولید آنتی بادی مشخصی علیه پروتئین های غشایی و سایر آنتی ژن های مشکل ساز کمک می کند و همچنین برای مطالعات اولیه توسعه واکسن DNA نیز به کار برده می شود. تکنیک ایمن سازی DNA اجازه می دهد تا تولید آنتی ژن در داخل بدن اتفاق بیفتد و نیازی به تولید و خالص سازی آنتی ژن پروتئین در شرایط آزمایشگاهی نباشد. واکسن‌های DNA برای بیان آنتی‌ژن‌های بسیاری از پاتوژن‌های مختلف مانند آنفولانزا، HIV، مالاریا و سل استفاده شده‌اند که منجر به القای پاسخ‌های ایمنی علیه این عوامل اتیولوژیک در چندین مدل حیوانی می‌شود. با این حال، نشان داده شده است که واکسن‌های DNA در پستانداران غیرانسانی و انسان ایمنی کمتری دارند، حتی اگر ثابت شده باشد که ایمن هستند و به خوبی قابل تحمل هستند.

واکسن نوترکیب با زیر واحد پروتئینی

این نوع واکسن‌ها، واکسن‌های زیر واحدی (subunit vaccine) هستند که تنها بخشی از ارگانیسم بیماری زا را شامل می شوند. اغلب اوقات پپتیدهای مصنوعی هستند که نشان دهنده جزء پروتئینی است که باعث ایجاد پاسخ ایمنی می شود. همچنین می توانند شامل زیر واحدهای پروتئینی (آنتی ژن) باشند که در یک سیستم بیان هترولوگ (E. coli، مخمر، حشره و غیره) با استفاده از فناوری های بیان پروتئین نوترکیب بیان می شوند. اکثر واکسن های تحت بررسی امروزه بر اساس چنین پروتئین های نوترکیب خالص شده یا زیر واحدهای آنتی ژنی هستند. سیستم های بیان پروکاریوتی برای تولید آنتی ژن واکسن شامل باکتری هایی مانند E. coli و سیستم های یوکاریوتی شامل سلول های پستانداران، مخمرها یا حشرات است. قبل از انتخاب سیستم مناسب برای بیان آنتی ژن واکسن، چندین فاکتور در نظر گرفته می شود. سطوح بیان، نشانگرهای انتخابی و وجود یا عدم وجود فرایند اصلاح پس از ترجمه، عوامل اساسی هستند که در کارآیی تولید آنتی ژن های نوترکیب به عنوان واکسن دخالت می کنند. سیستم های بیان باکتری به دلیل سهولت کار و ظرفیت آنها برای بیان سطح بالا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب آنتی ژن مناسب یکی از حیاتی ترین مراحل در هر پروژه مربوط به آنتی بادی است. در بیشتر موارد، دانشمندان یا از آنتی ژن های پروتئینی یا آنتی ژن‌های پپتیدی برای این منظور استفاده می‌کنند.

با توجه به پیچیدگی و اندازه ساختاری، پروتئین‌ها ذاتا ایمونوژن‌های قوی هستند. علاوه بر آن، آنتی بادی‌های تولید شده از آنتی ژن‌های پروتئینی، اپی توپ‌های ساختاری متعددی را در پروتئین هدف شناسایی می‌کنند. بیان پروتئین نوترکیب در E. coli اغلب برای تولید آنتی ژن‌های پروتئینی برای تولید آنتی بادی استفاده می‌شود. قطعات آنتی بادی، آنتی بادی‌های مهندسی شده‌ای هستند که فقط حاوی بخشی از یک ایمونوگلوبولین هستند. یکی از نمونه های گروهی از قطعات آنتی بادی، قطعه اتصال به آنتی ژن یا Fab است که ناحیه ای از آنتی بادی است که به آنتی ژن‌ها متصل می شود. این نوع قطعه آنتی بادی از یک دومین ثابت و یک دومین متغیر از هر یک از زنجیره های سنگین و سبک تشکیل شده است. نوع دوم از گروه قطعه آنتی بادی، ناحیهFc است که به عنوان منطقه دم آنتی بادی در نظر گرفته می شود که با گیرنده های سطح سلولی و پروتئین های سیستم کمپلمان تعامل دارد. اگرچه این دو گروه اصلی قطعات آنتی بادی هستند، اما چندین نوع مختلف وجود دارد. مانند scFvs، VHH/VH که برای کاربردهای تحقیقاتی مختلف نیز استفاده می شوند. scFvs و VHH/VH همچنین ظرفیت کامل اتصال آنتی ژن را حفظ می کنند و برای کاربردهای تحقیقاتی، تشخیصی و درمانی استفاده می شوند. قطعات آنتی بادی به ویژه در کاربردهایی که اتصال اپی توپ برای اثر مورد نظر کافی است از جمله کاربردهای درمانی مانند ایجاد واکسن از طریق خنثی سازی ویروس یا مسدود کردن گیرنده مفید هستند. با توجه به اینکه باکتری E.coli یک سیستم ساده دارد و به راحتی با استفاده از تخمیر قابل گسترش است، به بهترین سیستم برای بیان قطعات آنتی بادی، به ویژه برای تحقیقات واکسن تبدیل می شود. واکسن هپاتیت B و واکسن HPV از جمله واکسن‌های نوترکیب هستند.

واکسن های نوترکیب و تغییرات ژنتیکی

ادعاهایی که به طور گسترده در رسانه‌های اجتماعی به اشتراک گذاشته شده است بیان می‌کنند که واکسن‌های نوترکیب مثلا واکسن‌های نوترکیب ساخته شده علیه کووید-19 موجب تغییر ژنتیکی انسان می‌شوند. این ادعا از نظر علمی نادرست است.

به گفته سازمان بهداشت جهانی WHO، واکسن DNA شامل ورود مستقیم به بافت های مناسب یک پلاسمید حاوی توالی DNA کدکننده آنتی ژن(هایی) است که پاسخ ایمنی در برابر آنها جستجو می شود، و به تولید درجای آنتی ژن هدف متکی است. این بدان معناست که برخلاف واکسن‌های مرسوم‌تر که از یک پاتوژن یا قطعه کامل استفاده می‌کنند، واکسن DNA شامل تزریق بخش کوچکی از کد ژنتیکی ویروس (DNA یا RNA) برای تحریک پاسخ ایمنی در فرد بدون عفونت است. این رویکرد یک ارگانیسم اصلاح‌شده ژنتیکی ایجاد نمی‌کند، که سازمان غذا و کشاورزی FAO آن را به‌عنوان ارگانیسمی تعریف می‌کند که در آن یک یا چند ژن (به نام تراریخته) با استفاده از فناوری DNA نوترکیب به ماده ژنتیکی آن از ارگانیسم دیگری وارد شده است.

در یک تحقیق آزمایشگاهی و با شرایط مدلسازی شده و به کمک سلول های سرطانی کبد به بررسی وارد شدن mRNA واکسن فایزر به سلول های انسانی پرداختند. سه دوز واکسن با دوز های مشخص را در یک هفته روی سلول های سرطانی آزمایش کردند. در این مقاله گزارش شده است که "ما شواهدی را ارائه می کنیم که نشان می دهد واکسن mRNA COVID-19 (فایزر) می تواند در شرایط آزمایشگاهی وارد رده سلولی کبد انسان شود. mRNA با سرعت 6 ساعت پس از قرار گرفتن در معرض واکسن به صورت داخل سلولی به DNA رونویسی معکوس می شود. یک مکانیسم ممکن برای رونویسی معکوس از طریق ترانس کریپتاز معکوس درون زا LINE-1 است و توزیع پروتئین هسته LINE-1 توسط این واکسن افزایش می یابد."

اما آیا نتایج این تحقیق قابل استناد است؟

این تحقیق آزمایشگاهی یا in vitro است که با شرایط درون بدن انسان کاملا متفاوت است و این یعنی آزمایشات بیشتری برای نتیجه گیری صحیح و قابل بسط الزامی است. در حالت طبیعی فقط DNA تبدیل به RNA می شود و برعکس آن اتفاق نمی افتد مگر با آنزیم ترنسکریپتاز معکوس که این آنزیم هم در رتروویروس ها وجود دارد که در این آزمایش به کار رفته است. و در کبد انسان این آنزیم وجود ندارد. یکی از عللی که واکسن در دمای پایین نگهداری می شود این است که طول عمر RNA درون واکسن کم است و در بدن به قطعات ریز تبدیل می شود به همین دلیل این گونه واکسن ها در محل تزریق اثر خود را می گذارند و می توان گفت به کبد نمی رسند! همچنین این آزمایش در سلول سرطانی انجام شده است نه در سلول نرمال، و همانطور که می دانید رشد و تکثیر سلول های سرطانی بسیار زیاد است و در نتیجه بیان ژن بالایی نیز دارند که سبب دور بودن نتایج از واقعیت می شود.

مارک لیناس، در دانشگاه کورنل، این ایده را که واکسن DNA می تواند باعث تغییر ژنتیک ارگانیسم شود، رد کرد. لیناس به رویترز گفت که هیچ واکسنی نمی تواند DNA انسان را به صورت ژنتیکی تغییر دهد. او گفت: "این فقط یک افسانه است، که اغلب عمداً توسط فعالان ضد واکسیناسیون منتشر می شود تا ً سردرگمی و بی اعتمادی ایجاد کند."اصلاح ژنتیکی شامل وارد کردن عمدی DNA خارجی به هسته سلول انسانی است و واکسن‌ها به سادگی این کار را نمی‌کنند. واکسن ها با آموزش سیستم ایمنی به منظور شناسایی پاتوژن در هنگام تلاش برای آلوده کردن بدن کار می کنند - این کار بیشتر با تزریق آنتی ژن های ویروسی یا ویروس های زنده ضعیف شده انجام می شود که از طریق تولید آنتی بادی ها پاسخ ایمنی را تحریک می کنند.

لیناس افزود:" DNA در واکسن‌های DNA در هسته سلول ادغام نمی‌شود، بنابراین این اصلاح یا تغییر ژنتیکی نیست - اگر سلول‌ها تقسیم شوند، فقط شامل DNA طبیعی شما می‌شوند."

واکسن های mRNA قبلاً برای آنفلوانزا، زیکا، هاری و سیتومگالوویروس بررسی شده است و حقایقی راجع به آن ها وجود دارد: واکسن های mRNA حاوی ویروس زنده نیستند و خطر ایجاد بیماری در فرد واکسینه شده را ندارند.mRNA هرگز وارد هسته سلول یعنی جایی که ماده ژنتیکی وجود دارد نمی شود و این گونه واکسن ها بر ماده ژنتیکی و ژن های ما تأثیر نمی گذارند و با آن ارتباط برقرار نمی کنند.

منابع:

https://www.nature.com/subjects/recombinant-vaccine

https://www.genscript.com/recombinant-vaccine.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3854212/

https://www.genscript.com/recombinant-vaccine.html

https://www.reuters.com/article/uk-factcheck-covid-19-vaccine-modify-idUSKBN22U2BZ

https://www.mdpi.com/1467-3045/44/3/73/htm