Công nghệ tạo Vaccine Cúm gia cầm từ thực vật
Cúm gia cầm thể độc lực cao (Highly Pathogenic Avian Influenza - HPAI) do virus cúm A/H5N1, A/H7N9 gây ra là bệnh truyền nhiễm cấp tính có tốc độ lây lan nhanh với tỷ lệ gây chết cao trong đàn gia cầm bị bệnh. Dịch cúm gia cầm liên tục tái phát hàng năm với tốc độ lây lan nhanh và diễn biến phức tạp. Hàng chục triệu gia cầm và thuỷ cầm đã bị chết hoặc bị tiêu huỷ gây thiệt hại kinh tế nặng nề cho ngành chăn nuôi. Đặc biệt, chủng virus cúm A/H5N1, A/H7N9 có thể xâm nhiễm gây bệnh ở người với tỉ lệ tử vong rất cao và đang trở thành mối đe dọa nguy hiểm cho sức khoẻ cộng đồng.
Sự tiến hoá của virus cúm gia cầm A/H5N1 có thể làm thay đổi tính kháng nguyên dẫn đến ảnh hưởng đáp ứng miễn dịch của gia cầm khi được tiêm phòng vaccine. Do đó, nếu chủ động được nguồn vaccine sẽ giúp giảm chi phí cho nền kinh tế và đáp ứng kịp thời nhu cầu khi có các biến chủng virus mới xuất hiện tại Việt Nam. Điều này đòi hỏi quá trình nghiên cứu và sản xuất vaccine cần được rút ngắn, tăng quy mô sản xuất, giảm công sức và chi phí để cung cấp kịp thời một lượng lớn vaccine cúm trên diện rộng. Mô hình sản xuất kháng nguyên HA tái tổ hợp bằng phương pháp biểu hiện tạm thời ở thực vật là một giải pháp hữu hiệu, cho phép sản xuất vaccine với số lượng lớn và nhanh chóng (1-2 tháng) đáp ứng kịp thời khi dịch bệnh xảy ra. Điều này được giải thích là do hàm lượng protein tái tổ hợp cao, không bị ảnh hưởng bởi vị trí gắn gen đích trong tế bào thực vật và có thể tiến hành biểu hiện trong các mô đã biệt hóa hoàn toàn như lá. Hơn nữa, các vaccine được sản xuất từ thực vật là vaccine tiểu đơn vị nên có độ an toàn cao. Vì vậy, việc nghiên cứu biểu hiện các kháng nguyên của virus cúm A trong tế bào thực vật cho mục đích phát triển vaccine là rất cấp thiết trong tình hình nguy cơ dễ bùng nổ dịch bệnh cúm trên gia cầm ở Việt Nam.
Với những kết quả nổi bật thu được từ 10 công trình công bố quốc tế và trong nước, 01 đơn sáng chế quốc tế, chúng tôi đã tập hợp, biên soạn thành một cuốn sách chuyên khảo mang tựa đề: “Công nghệ tạo vaccine cúm gia cầm từ thực vật: từ nghiên cứu đến định hướng ứng dụng tại Việt Nam”. Cuốn sách này cung cấp cho bạn đọc những kiến thức tổng hợp và chuyên sâu về các nghiên cứu thiết kế, biểu hiện, đánh giá hoạt tính sinh học và tính sinh miễn dịch, khả năng bảo hộ gà của kháng nguyên HA tái tổ hợp định hướng tạo vaccine thế hệ mới phòng chống virus cúm A.
Nội dung cuốn sách gồm 8 chương:
Chương 1 giới thiệu các thông tin tổng quan về đặc điểm bệnh cúm gia cầm do virus cúm A gây ra, cơ chế xâm nhiễm và nhân lên của virus cúm A trong tế bào, phương thức lây truyền của virus cúm, sức đề kháng của virus cúm. Đồng thời, Chương 1 cũng trình bày các kiến thức về virus cúm A như phân loại, sự hình thành genotype của virus cúm A/H5N1, A/H7N9, cấu trúc hệ gen của virus cúm A, cấu trúc và chức năng của protein HA. Tiếp đến, Chương 1 đề cập đến các loại vaccine phòng bệnh cho gia cầm bao gồm các loại vaccine truyền thống, vaccine thế hệ mới trong đó có vaccine từ thực vật.
Chương 2 mô tả về các hệ thống biểu hiện ở thực vật, trong đó trình bày sâu hơn về hệ thống biểu hiện tạm thời bao gồm cơ chế biểu hiện protein tạm thời thông qua Agrobacterium tumefaciens, so sánh hệ thống biểu hiện tạm thời và hệ thống biểu hiện bền vững, các ứng dụng của hệ thống biểu hiện tạm thời ở thực vật trong việc sản xuất các protein có hoạt tính sinh học và kết quả nghiên cứu tối ưu quy trình biểu hiện của protein HA tái tổ hợp từ thực vật của nhóm tác giả. Thêm vào đó, Chương 2 còn trình bày khái quát các phương pháp tách chiết, thu hồi, tinh sạch protein từ thực vật và kết quả tối ưu quá trình tinh sạch kháng nguyên HA dung hợp ELP từ thực vật sử dụng màng mITC.
Từ Chương 3 đến Chương 8 trình bày các kết quả của nhóm nghiên cứu trong việc tăng cường khả năng biểu hiện, hiệu suất tinh sạch và tăng cường hoạt tính sinh miễn dịch của protein HA tái tổ hợp từ thực vật. Cụ thể:
- Chương 3 giới thiệu việc ứng dụng các công nghệ tăng cường mức độ biểu hiện, hiệu suất tinh sạch kháng nguyên HA dạng trimer từ thực vật bằng cách dung hợp ELP, đồng thời đánh giá hoạt tính sinh miễn dịch của kháng nguyên HA dạng trimer được tạo ra. Sự ELP hóa không những góp phần tăng cường mạnh mẽ mức độ biểu hiện của protein HA trimer mà còn hỗ trợ cho quá trình tinh sạch protein HA từ thực vật. Các HA trimer dung hợp ELP đã được tinh chế bằng quy trình mITC với quy mô lớn dễ dàng, với hoạt tính kháng nguyên ổn định.
- Chương 4 đề cập đến nghiên cứu của nhóm tác giả trong việc tăng cường tính sinh miễn dịch của HA tái tổ hợp thông qua việc tạo oligomer dựa vào tương tác của S•Tag và S•Protein. Protein HA oligomer tái tổ hợp sau khi tạo ra từ sự đồng biểu hiện HA trimer-S•Tag và S•Protein-TP của trong cây thuốc lá Nicotiana benthamiana được tiêm vào chuột để đánh giá tính sinh miễn dịch so với protein HA trimer. Dịch chiết thực vật chứa HA dạng oligomer có hoạt tính sinh miễn dịch tốt hơn so với dạng HA trimer ban đầu, thể hiện ở khả năng kích thích sản sinh kháng thể đặc hiệu và kháng thể trung hòa tốt hơn so với dịch chiết thực vật chứa HA trimer.
- Chương 5 trình bày kết quả về việc tăng cường tính sinh miễn dịch của protein HA tái tổ hợp thông qua việc tạo HA oligomer dựa vào việc dung hợp với phân tử IgMFc. Protein HA oligomer tái tổ hợp được biểu hiện, tinh sạch, xác định hoạt tính sinh miễn dịch và đánh giá khả năng bảo hộ trên gà chống lại virus cúm A/H5N1. Kháng nguyên HA trimer được dung hợp IgMFc có khả năng kích thích sinh miễn dịch cao nhất so với hai kháng nguyên còn lại với tỷ lệ bảo hộ trên gà 80 %.
- Chương 6 trình bày kết quả về việc tăng cường tính sinh miễn dịch của HA tái tổ hợp thông qua tạo HA oligomer dựa vào việc dung hợp các cầu nối như TP của IgMFc, peptite đồng kháng song song (homoantiparallel peptide, HAP) và các protein đồng dạng dimer (homodimer protein, HDP). Các dạng protein HA oligomer tái tổ hợp được biểu hiện, tinh sạch, xác định hoạt tính sinh miễn dịch và đánh giá khả năng bảo hộ trên gà chống lại virus cúm A/H5N1. Dịch chiết thô thực vật có chứa HA (H5HT) oligomer TP bảo hộ được 92 % số gà được tiêm. Đặc biệt, protein HA oligomer TP trong dịch chiết thực vật vẫn giữ được hoạt tính kháng nguyên đến 41 ngày trên đá, ở tủ 4oC. Đây là một ứng viên vaccine rất tiềm năng, đặc biệt là đối với các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Việc sử dụng ứng viên vaccine là dịch chiết thực vật chứa protein HA oligomer dung hợp TP thay vì dạng protein HA tinh chế hướng tới mục đích đơn giản hóa quá trình sản xuất vaccine tái tổ hợp từ thực vật và giảm giá thành của vaccine thành phẩm.
- Chương 7 đề cập đến kết quả về việc tăng cường tính sinh miễn dịch của HA tái tổ hợp thông qua tạo HA oligomer dựa vào việc tạo phức hệ với nano kim cương. Protein HA của virus cúm A/H7N9 được biểu hiện trong thực vật, được tinh sạch và trộn với hạt nano kim cương với các tỷ lệ khác nhau. Phức hệ protein HA và nanokim cương tốt nhất được đánh giá tính sinh miễn dịch trên chuột. Phức hệ H7 trimer và nano kim cương đã kích thích sản sinh kháng thể IgG đặc hiệu H7 cao gấp 15,4 lần so với protein H7-trimer tự do chỉ với sau 2 lần tiêm, chỉ ra tiềm năng của nano kim cương trong việc tăng cường đáp ứng miễn dịch. Việc kết hợp công nghệ vaccine dựa vào HA tái tổ hợp từ thực vật và công nghệ nano sẽ mở ra hướng tạo vaccine thế hệ mới đa nguồn.
- Chương 8 trình bày kết quả về việc tạo ra trình tự HA nhân tạo với mục đích tăng cường khả năng bảo hộ với phổ bảo hộ rộng hơn cho một subclade/clade, thậm chí cho một biến chủng virus cúm A/H5N1 đang lưu hành hoặc tiên đoán sẽ lưu hành gây bệnh. Protein HA nhân tạo được biểu hiện trong thực vật, tinh sạch. Hoạt tính sinh miễn dịch của protein HA nhân tạo được đánh giá trên chuột. Phản ứng HI được sử dụng để đánh giá khả năng trung hòa của huyết thanh với các chủng virus cúm H5N1 bất hoạt khác nhau. Các kháng thể trung hòa chống lại protein H5.c1 nhân tạo tương đồng và những kháng thể từ hai dị chủng A/H5N1 của nhánh 1 và nhánh 1.1 được thể hiện bằng hiệu giá HI, với hiệu giá HI trung bình sau lần tiêm thứ ba đều đạt trên 40. Vì vậy, protein H5.c1 nhân tạo có thể trở thành một ứng viên vaccine cúm triển vọng chống lại nhiều chủng A/H5N1 khác nhau trên gia cầm ở Việt Nam.
Chúng tôi hy vọng rằng, nội dung của 8 chương được trình bày trong cuốn sách sẽ cung cấp cho độc giả những thông tin hữu ích về virus cúm, vaccine phòng bệnh do virus cúm, đặc biệt là hướng nghiên cứu phát triển vaccine phòng bệnh do virus cúm gia cầm gây ra trên hệ thống thực vật. Cuốn sách sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích trong giảng dạy và đào tạo tại các trường Đại học và Viện nghiên cứu tại Việt Nam.
