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टीकों का बड़े पैमाने पर उत्पादन कैसे किया जाता है?

टीकों का बड़े पैमाने पर उत्पादन कैसे किया जाता है?


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मेरे पास उत्पाद डिजाइन में पृष्ठभूमि है और इसलिए मैं इससे परिचित हूं कि कैसे अधिकांश चीजें बड़े पैमाने पर उत्पादित होती हैं - भोजन, मशीनें, आदि। लेकिन मुझे इस बारे में बहुत कम जानकारी मिली है कि टीके बड़े पैमाने पर कैसे उत्पादित होते हैं।

ऐसा लगता है कि 4 प्रकार के टीके हैं, जिनमें से सभी में वायरस के टुकड़े या उपोत्पाद शामिल हैं जिनका वे प्रतिकार करने के लिए अभिप्रेत हैं।

यदि आप अरबों टीकों का उत्पादन कर रहे हैं, तो मुझे लगता है कि आपको बहुत अधिक मात्रा में वायरस की आवश्यकता है।

वायरस का इतना द्रव्यमान कैसे प्राप्त होता है? क्या वे सिर्फ एक संवर्धन एजेंट और वायरस के नमूने के साथ टैंक भरते हैं और इसके बढ़ने की प्रतीक्षा करते हैं, एक विशाल पेट्री डिश की तरह? फैक्ट्रियों में कहीं बैठे हैं कोरोना वायरस के बड़े वत्स?


विकिपीडिया के अनुसार, आमतौर पर जब किसी को बहुत अधिक वायरस की आवश्यकता होती है, तो यह एक नियंत्रित सेल वातावरण में उगाया जाता है। यह अंडे हुआ करता था, लेकिन इसके बजाय सेल संस्कृतियों की ओर बढ़ रहा है। तो मूल रूप से हाँ, वायरस से भरे कारखाने (हालांकि बड़े जोकर-अनुकूल वत्स की तुलना में अच्छे असतत बायोरिएक्टर में अधिक पसंद हैं)।

सिंथेटिक टीके, जैसे कि COVID के लिए mRNA के टीके, को इस कदम की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे वास्तव में वायरस का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन सेल-मुक्त जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से किया जा सकता है जो सीधे mRNA को दोहराते हैं।


टीके महत्वपूर्ण हैं—लेकिन वे क्या हैं और वे कैसे काम करते हैं?

यह कहना कि COVID-19 महामारी ने हमारे जीवन को अस्त-व्यस्त कर दिया है, एक अल्पमत होगा। मार्च के बाद से, जब घर पर रहने के आदेश पहली बार दिए गए थे, हम में से कई ने अपना समय अपने घरों में बिताया है, भीड़ से बचने, मास्क पहनने, सामाजिक दूरी बनाने और दूर से काम करने के दौरान, अक्सर बच्चों की देखभाल या होमस्कूलिंग करते हुए।

इन सबके बावजूद भी यह वायरस फैलता जा रहा है और हमारा जीवन सामान्य से कोसों दूर है। और जबकि COVID-19 के उपचारों और उपचारों में अनुसंधान आगे बढ़ रहा है, अभी भी कोई भी ऐसा नहीं है जो गंभीर बीमारी को रोक सकता है।

हमें बताया गया है कि एक वैक्सीन जो SARS-CoV-2 के खिलाफ पूर्ण सुरक्षा प्रदान करती है, वह वायरस जो COVID-19 का कारण बनता है, सामान्य स्थिति में लौटने का सबसे अच्छा मौका प्रदान करता है। एक होने से लोग अपने दैनिक जीवन के बारे में जाने, संक्रमित होने की चिंता से मुक्त होंगे, साथ ही साथ सामाजिक दूरी और मास्क पहनने की आवश्यकता होगी।

आदर्श रूप से, विकसित किए जा रहे कई COVID-19 टीकों में से एक या अधिक प्रभावी साबित होंगे। लेकिन यहां तक ​​​​कि एक टीका जो पूर्ण प्रतिरक्षा से कम प्रदान करता है, वायरस के प्रसार को धीमा कर देगा और बीमारी की गंभीरता को कम कर सकता है। इन पंक्तियों के साथ, खाद्य एवं औषधि प्रशासन (एफडीए) ने जुलाई में घोषणा की कि वह किसी भी टीके को मंजूरी देगा जो कोरोनावायरस के खिलाफ कम से कम 50% प्रभावकारिता प्रदर्शित करता है।

यह सब भ्रमित करने वाला और निराशाजनक हो सकता है - हममें से जो इस महामारी के दौरान बस एक पैर दूसरे के सामने रखने की कोशिश कर रहे हैं। और COVID-19 टीकों के आस-पास के भ्रम को उनके बारे में रिपोर्ट करने में वृद्धि से जोड़ा जा सकता है - परीक्षण, उनकी प्रभावकारिता और उनकी सुरक्षा।

इसे ध्यान में रखते हुए, येल मेडिसिन इस प्राइमर को वैक्सीन की मूल बातें- वे कैसे काम करते हैं, उनके विभिन्न प्लेटफॉर्म, और अनुमोदन प्रक्रिया- और COVID-19 वैक्सीन के लिए इसका क्या अर्थ है, पर पेश करती है।


वैक्सीन विकास में सेल कल्चर का वादा

१९३० और १९४० के दशक में कई शोधकर्ताओं ने जीवित जानवरों के उपयोग के बिना प्रयोगशाला में पोलियो वायरस के बढ़ने की आशाओं को प्रेरित किया। सेल संस्कृतियों में एक संस्कृति डिश में बढ़ती कोशिकाओं को शामिल किया जाता है, अक्सर कोलेजन जैसे सहायक विकास माध्यम के साथ। वे एक स्तर का नियंत्रण प्रदान करते हैं जो जीवित जानवरों का उपयोग करके अनुपलब्ध था, और बड़े पैमाने पर वायरस उत्पादन का भी समर्थन कर सकता है। (सेल संस्कृतियों और सेल लाइनों के साथ-साथ मानव कोशिकाओं का उपयोग करके बनाई गई सेल लाइनों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, हमारा लेख "वैक्सीन डेवलपमेंट में ह्यूमन सेल स्ट्रेन" देखें।) संस्कृति में पोलियोवायरस विकसित करने के शुरुआती प्रयास, हालांकि, बार-बार विफलता में समाप्त हो गए।

1936 में, रॉकफेलर इंस्टीट्यूट में अल्बर्ट सबिन और पीटर ओलिट्स्की ने मानव भ्रूण से मस्तिष्क के ऊतकों की संस्कृति में पोलियोवायरस को सफलतापूर्वक विकसित किया। वायरस तेजी से बढ़ा, जो आशाजनक था, लेकिन सबिन और ओलिट्स्की वैक्सीन के लिए प्रारंभिक सामग्री के रूप में इसका उपयोग करने के बारे में चिंतित थे, वैक्सीन प्राप्तकर्ताओं के लिए तंत्रिका तंत्र के नुकसान के डर से। उन्होंने अन्य स्रोतों से लिए गए ऊतक का उपयोग करके संस्कृतियों में पोलियोवायरस विकसित करने की कोशिश की, लेकिन असफल रहे।


वैक्सीन उत्पादन के उदाहरण

निष्क्रिय वायरस (इन्फ्लुएंजा)

इंट्रामस्क्युलर उपयोग के लिए इन्फ्लुएंजा वायरस वैक्सीन चिकन भ्रूण में प्रचारित इन्फ्लूएंजा वायरस से तैयार एक बाँझ निलंबन है। इन्फ्लूएंजा और इसकी अधिक गंभीर जटिलताओं को रोकने के लिए यह टीका प्राथमिक तरीका है। १३

आमतौर पर, इन्फ्लूएंजा के टीके में इन्फ्लूएंजा ए वायरस (H1N1 और H3N2) के दो स्ट्रेन और एक इन्फ्लूएंजा B वायरस होता है। इन्फ्लूएंजा बी वायरस का एक अतिरिक्त स्ट्रेन जोड़ा गया, 2012 में लाइसेंस प्राप्त पहले चार-एंटीजन-युक्त-वैक्सीन के साथ। 14 दो प्रकार के ए वायरस की पहचान उनके उप-प्रकार के हेमाग्लगुटिनिन और न्यूरोमिनिडेस द्वारा की जाती है। इन्फ्लूएंजा ए वायरस के हेमाग्लगुटिनिन और न्यूरोमिनिडेस ग्लाइकोप्रोटीन में प्रमुख सतह प्रोटीन और वायरस के प्रमुख प्रतिरक्षण एंटीजन शामिल होते हैं। इन प्रोटीनों को लगभग 4 :𠂑 के अनुपात में स्पाइक-लाइन प्रोजेक्शन के रूप में वायरल लिफाफे में डाला जाता है। 15

ट्रिवेलेंट सबयूनिट वैक्सीन आज इस्तेमाल किया जाने वाला प्रमुख इन्फ्लूएंजा वैक्सीन है। यह टीका विश्व स्वास्थ्य संगठन, रोग नियंत्रण और रोकथाम केंद्र (सीडीसी), और सीबीईआर द्वारा प्रत्येक वर्ष की शुरुआत में पहचाने जाने वाले वायरल उपभेदों से उत्पन्न होता है। यू.एस.-लाइसेंस प्राप्त निर्माताओं के लिए, वायरल उपभेदों को आम तौर पर सीबीईआर या सीडीसी से प्राप्त किया जाता है। यूरोपीय उपभेदों को आम तौर पर नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल स्टैंडर्ड एंड कंट्रोल द्वारा प्रदान किया जाता है, और दक्षिणी गोलार्ध उपभेदों को ऑस्ट्रेलिया के चिकित्सीय सामान प्रशासन द्वारा प्रदान किया जाता है। इन वायरल उपभेदों का उपयोग प्रत्येक निर्माता पर सेल बैंक तैयार करने के लिए किया जाता है, जो सेल बैंकों को अंततः वैक्सीन उत्पादन के लिए इनोकुलम के रूप में उपयोग किया जाता है।

इन्फ्लूएंजा के टीके के उत्पादकों द्वारा सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सब्सट्रेट 11-दिन पुराना भ्रूण वाला चिकन अंडा है। सीबीईआर या सीडीसी से एक मोनोवैलेंट वायरस (निलंबन) प्राप्त होता है। मोनोवैलेंट वायरस सस्पेंशन अंडों में पारित हो जाता है। टीका लगाए गए अंडों को एक विशिष्ट समय और तापमान के लिए नियंत्रित सापेक्ष आर्द्रता के तहत ऊष्मायन किया जाता है और फिर काटा जाता है। यूरोपीय संघ में, मूल नमूने से अंशों की संख्या सीमित है। कटे हुए एलैंटोइक तरल पदार्थ, जिनमें जीवित वायरस होते हैं, का परीक्षण संक्रामकता, अनुमापांक, विशिष्टता और बाँझपन के लिए किया जाता है। मोनोवैलेंट सीड वायरस (एमएसवी) की स्थिरता बनाए रखने के लिए इन तरल पदार्थों को बेहद कम तापमान पर गीला जमे हुए रखा जाता है। 16 यह MSV भी CBER द्वारा प्रमाणित है।

एक बार जब एमएसवी को स्वचालित इनोकुलेटर्स द्वारा अंडे में पेश किया जाता है, तो वायरस को इनक्यूबेटेड तापमान पर उगाया जाता है, और फिर सुक्रोज ग्रेडिएंट पर या क्रोमैटोग्राफी द्वारा उच्च गति सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा अल्लेंटोइक तरल पदार्थ काटा और शुद्ध किया जाता है। शुद्ध किए गए वायरस को अक्सर अंतिम निस्पंदन से पहले एक डिटर्जेंट का उपयोग करके विभाजित किया जाता है। निर्माता के आधार पर, प्राथमिक शुद्धिकरण चरण से पहले या बाद में फॉर्मलाडेहाइड का उपयोग करके वायरस को निष्क्रिय कर दिया जाता है। यह वायरस के तीन या चार उपभेदों के लिए दोहराया जाता है, और व्यक्तिगत रूप से परीक्षण किए गए और जारी किए गए निष्क्रिय वायरल कॉन्संट्रेट को संयुक्त और अंतिम टीके की ताकत तक पतला कर दिया जाता है। चित्र 5.2 समग्र प्रक्रिया की रूपरेखा तैयार करता है।

अंडा आधारित इन्फ्लूएंजा वैक्सीन निर्माण प्रक्रिया प्रवाह।

सीबीईआर, सेंटर फॉर बायोलॉजिक्स इवैल्यूएशन एंड रिसर्च (यू.एस. फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन का) क्यूए, गुणवत्ता आश्वासन क्यूसी, गुणवत्ता नियंत्रण।

ऊपर वर्णित निष्क्रिय वायरस वैक्सीन का उपयोग आज उत्पादित और बेचे जाने वाले अधिकांश फ्लू के टीके के लिए किया जाता है। हाल के वर्षों में, स्तनधारी कोशिका संवर्धन पर उत्पादित निष्क्रिय इन्फ्लूएंजा वैक्सीन को कई देशों में अनुमोदित किया गया है। प्रक्रिया एक प्रमाणित सेल लाइन के साथ अंडा-आधारित वायरस के विस्तार की जगह लेती है, डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाएं समान होती हैं, लेकिन मेजबान सेल प्रोटीन और डीएनए को निर्दिष्ट थ्रेसहोल्ड से नीचे हटाने पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में हेमाग्लगुटिनिन प्रोटीन को व्यक्त करने के लिए एक पुनः संयोजक बैकोलोवायरस से संक्रमित कीट कोशिकाओं में उत्पादित एक पुनः संयोजक इन्फ्लूएंजा टीका को भी मंजूरी दी गई है।

पुनः संयोजक प्रोटीन (हेपेटाइटिस बी)

जुलाई 1986 में, एक पुनः संयोजक हेपेटाइटिस बी वैक्सीन को संयुक्त राज्य अमेरिका में लाइसेंस दिया गया था। यह टीका इस ज्ञान पर बनाया गया है कि हेपेटाइटिस बी वायरस (एचबीवी) और हेपेटाइटिस बी सतह प्रतिजन (एचबीएसएजी) युक्त गर्मी-निष्क्रिय सीरम संक्रामक नहीं था, लेकिन एचबीवी के बाद के जोखिम के खिलाफ प्रतिरक्षात्मक और आंशिक रूप से सुरक्षात्मक था। 17 HBsAg वह घटक था जिसने टीकाकरण पर HBV को सुरक्षा प्रदान की। १८ इस टीके का उत्पादन करने के लिए, HBsAg, या “S” जीन के लिए जीन कोडिंग को एक एक्सप्रेशन वेक्टर में डाला गया था जो HBsAg की बड़ी मात्रा के संश्लेषण को निर्देशित करने में सक्षम था। Saccharomyces cerevisiae. खमीर कोशिकाओं द्वारा व्यक्त और शुद्ध किए गए HBsAg कणों को हेपेटाइटिस B क्रोनिक कैरियर्स के रक्त के प्लाज्मा से प्राप्त HBsAg के बराबर दिखाया गया है। 17, 19, 20

पुनः संयोजक एस. सेरेविसिया HBsAg को व्यक्त करने वाली कोशिकाओं को उत्तेजित टैंक किण्वकों में उगाया जाता है। इस प्रक्रिया में उपयोग किया जाने वाला माध्यम एक जटिल किण्वन माध्यम है जिसमें खमीर, सोया पेप्टोन, डेक्सट्रोज, अमीनो एसिड और खनिज लवण का अर्क होता है। अभिव्यक्ति निर्माण के साथ मेजबान कोशिकाओं के प्रतिशत को निर्धारित करने के लिए किण्वन उत्पाद पर प्रक्रिया में परीक्षण किया जाता है। 7 किण्वन प्रक्रिया के अंत में, HBsAg को खमीर कोशिकाओं को हटाकर काटा जाता है। इसे हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन और आकार-बहिष्करण क्रोमैटोग्राफी द्वारा अलग किया जाता है। परिणामी HBsAg को 22-एनएम–व्यास वाले लिपोप्रोटीन कणों में इकट्ठा किया जाता है। भौतिक और रासायनिक विधियों की एक श्रृंखला द्वारा प्रोटीन के लिए HBsAg को 99% से अधिक तक शुद्ध किया जाता है। शुद्ध किए गए प्रोटीन को फॉस्फेट बफर में फॉर्मलाडेहाइड, बाँझ फ़िल्टर्ड के साथ इलाज किया जाता है, और फिर फिटकरी (पोटेशियम एल्यूमीनियम सल्फेट) के साथ मिलाया जाता है ताकि अनाकार एल्यूमीनियम हाइड्रोक्सीफॉस्फेट सल्फेट के साथ थोक टीका बनाया जा सके। टीके में कोई पता लगाने योग्य खमीर डीएनए नहीं होता है लेकिन इसमें 1% से अधिक खमीर प्रोटीन नहीं हो सकता है। 7, 19, 21 एक दूसरे पुनः संयोजक हेपेटाइटिस बी के टीके में, सतह प्रतिजन में व्यक्त किया गया एस. सेरेविसिया कोशिकाओं को कई भौतिक रासायनिक चरणों द्वारा शुद्ध किया जाता है और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड पर अवशोषित एंटीजन के निलंबन के रूप में तैयार किया जाता है। इसके निर्माण में उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाओं का परिणाम एक ऐसे उत्पाद में होता है जिसमें 5% से अधिक खमीर प्रोटीन नहीं होता है। इसके निर्माण में मानव मूल के किसी भी पदार्थ का उपयोग नहीं किया जाता है। 20 पुनः संयोजक खमीर संस्कृतियों से तैयार हेपेटाइटिस बी के खिलाफ टीके गैर-संक्रामक हैं 20 और मानव रक्त और रक्त उत्पादों के संबंध से मुक्त हैं। 19

हेपेटाइटिस बी के हर टीके की सुरक्षा, चूहों और गिनी सूअरों में और बाँझपन के लिए परीक्षण किया जाता है। 19 शुद्धता और पहचान के लिए क्यूसी उत्पाद परीक्षण में अंतिम उत्पाद पर कई रासायनिक, जैव रासायनिक और भौतिक परख शामिल हैं ताकि पूरी तरह से लक्षण वर्णन और लॉट-टू-लॉट स्थिरता सुनिश्चित हो सके। मोनोक्लोनल एंटीबॉडी का उपयोग करने वाले मात्रात्मक इम्युनोसे का उपयोग खमीर-व्युत्पन्न HBsAg पर उच्च स्तर के प्रमुख एपिटोप्स की उपस्थिति को मापने के लिए किया जा सकता है। एक माउस पोटेंसी परख का उपयोग हेपेटाइटिस बी के टीकों की प्रतिरक्षात्मकता को मापने के लिए भी किया जाता है। चूहों के ५०% को परिवर्तित करने में सक्षम प्रभावी खुराक (ED50) परिकलित। 21

हेपेटाइटिस बी के टीके इंट्रामस्क्युलर इंजेक्शन के लिए बाँझ निलंबन हैं। वैक्सीन की आपूर्ति चार फॉर्मूलेशन में की जाती है: बाल चिकित्सा, किशोर / उच्च जोखिम वाला शिशु, वयस्क और डायलिसिस।

सभी फॉर्मूलेशन में प्रति मिलीलीटर टीके में लगभग 0.5 mg एल्यूमीनियम (अनाकार एल्यूमीनियम हाइड्रोक्सीफॉस्फेट सल्फेट के रूप में प्रदान किया जाता है) होता है। 19 तालिका 5.2 पुनः संयोजक हेपेटाइटिस बी के टीके को जारी करने के लिए क्यूसी परीक्षण आवश्यकताओं को सारांशित करता है।

तालिका 5.2

पुनः संयोजक हेपेटाइटिस बी वैक्सीन जारी करने के लिए परीक्षण आवश्यकताएँ

टेस्ट का प्रकारउत्पादन का चरण
प्लाज्मिड प्रतिधारणकिण्वन उत्पादन
पवित्रता और पहचानथोक-adsorbed उत्पाद या nonadsorbed थोक उत्पाद
बाँझपनअंतिम थोक उत्पाद
बाँझपनअंतिम कंटेनर
सामान्य सुरक्षाअंतिम कंटेनर
पाइरोजेनअंतिम कंटेनर
पवित्रताअंतिम कंटेनर
शक्तिअंतिम कंटेनर

अधिकांश टीके अभी भी सीबीईआर द्वारा बहुत-से-बहुत आधार पर जारी किए जाते हैं, लेकिन हेपेटाइटिस बी और मानव पेपिलोमावायरस (एचपीवी) टीकों जैसे व्यापक रूप से विशिष्ट टीकों के लिए, जो पुनः संयोजक डीएनए प्रक्रियाओं का उपयोग करके निर्मित होते हैं, इस आवश्यकता को समाप्त कर दिया गया है। निर्माण प्रक्रिया में महत्वपूर्ण शुद्धिकरण शामिल है, और वे बड़े पैमाने पर उनके विश्लेषणात्मक तरीकों की विशेषता रखते हैं। इसके अलावा, हेपेटाइटिस बी के टीके को इस छूट के लिए अर्हता प्राप्त करने के लिए निरंतर सुरक्षा, शुद्धता और शक्ति का “ ट्रैक रिकॉर्ड” प्रदर्शित करना था। 7, 22

संयुग्म वैक्सीन (हेमोफिलस इन्फ्लुएंजा टाइप बी)

का उत्पादन हेमोफिलस इन्फ्लुएंजा टाइप बी (एचआईबी) संयुग्म में हिब से कैप्सुलर पॉलीसेकेराइड का अलग उत्पादन और एक वाहक प्रोटीन जैसे टेटनस प्रोटीन शामिल हैं क्लॉस्ट्रिडियम टेटानि (यानी, शुद्ध टेटनस टॉक्सोइड), सीआरएम प्रोटीन कोरिनेबैक्टीरियम डिप्थीरिया, या बाहरी झिल्ली प्रोटीन परिसर नाइस्सेरिया मेनिंजाइटिस.

हिब के अनुमोदित बीजों का उपयोग करके औद्योगिक बायोरिएक्टरों में कैप्सुलर पॉलीसेकेराइड का उत्पादन किया जाता है। cationic डिटर्जेंट का उपयोग करके, किण्वन सतह पर तैरनेवाला से एक कच्चा मध्यवर्ती बरामद किया जाता है। परिणामी सामग्री को निरंतर-प्रवाह सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा काटा जाता है। फिर पेस्ट को बफर में फिर से निलंबित कर दिया जाता है, और पॉलीसेकेराइड को आयनिक ताकत बढ़ाकर बाधित पेस्ट से चुनिंदा रूप से अलग कर दिया जाता है। पॉलीसेकेराइड को फिर फिनोल निष्कर्षण, अल्ट्राफिल्ट्रेशन और इथेनॉल वर्षा द्वारा शुद्ध किया जाता है। अंतिम सामग्री को अल्कोहल के साथ अवक्षेपित किया जाता है, वैक्यूम के तहत सुखाया जाता है, और आगे की प्रक्रिया के लिए �ଌ पर संग्रहीत किया जाता है।

टेटनस प्रोटीन बायोरिएक्टर में के अनुमोदित बीजों का उपयोग करके तैयार किया जाता है सी. टेटानी. क्रूड टॉक्सिन को कल्चर सुपरनेटेंट से निरंतर-प्रवाह सेंट्रीफ्यूजेशन और डायफिल्ट्रेशन द्वारा पुनर्प्राप्त किया जाता है। क्रूड टॉक्सिन को तब आंशिक अमोनियम सल्फेट वर्षा और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के संयोजन से शुद्ध किया जाता है। परिणामी शुद्ध किए गए विष को अल्ट्राफिल्ट्रेशन द्वारा केंद्रित फॉर्मलाडेहाइड का उपयोग करके डिटॉक्सिफाई किया जाता है, और आगे की प्रक्रिया के लिए 2ଌ और 8ଌ के बीच संग्रहीत किया जाता है।

औद्योगिक संयुग्मन प्रक्रिया को शुरू में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एलर्जी एंड इंफेक्शियस डिजीज (NIAID), बेथेस्डा, मैरीलैंड में जेबी रॉबिन्स के नेतृत्व में एक टीम द्वारा टेटनस टॉक्साइड का उपयोग करके विकसित किया गया था। 23

संयुग्म तैयारी एक दो-चरणीय प्रक्रिया है जिसमें शामिल है: (ए) हिब कैप्सुलर पॉलीसेकेराइड का सक्रियण और (बी) एक स्पेसर के माध्यम से टेटनस प्रोटीन के लिए सक्रिय पॉलीसेकेराइड का संयुग्मन। सक्रियण में एक विशिष्ट आणविक भार लक्ष्य के लिए देशी पॉलीसेकेराइड का रासायनिक विखंडन और एडिपिक एसिड डाइहाइड्राजाइड का सहसंयोजक संबंध शामिल है। सक्रिय पॉलीसेकेराइड को तब कार्बोडाइमाइड-मध्यस्थता संक्षेपण द्वारा 1-एथिल -3 (3-डाइमिथाइलमिनोप्रोपाइल) कार्बोडायमाइड का उपयोग करके शुद्ध टेटनस प्रोटीन से जोड़ा जाता है। संयुग्मित सामग्री का शुद्धिकरण रासायनिक अवशेषों और मुक्त प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड से रहित उच्च-आणविक-भार संयुग्मित अणुओं को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। संयुग्मित बल्क को तब एक उपयुक्त बफर में पतला किया जाता है, जिसे यूनिट-खुराक और/या बहु-खुराक शीशियों में भर दिया जाता है, और lyophilized किया जाता है।

जीवित क्षीण वैक्सीन (खसरा)

खसरा वायरस, १९५४ में अलग किया गया, जीनस का हिस्सा है मसूरिका परिवार में Paramyxoviridae। वर्तमान टीके एडमोंस्टन, मोराटेन, या श्वार्ज़ उपभेदों से प्राप्त होते हैं। इस तरह के टीके 1960 के दशक से और 1970 के दशक से संयोजन (खसरा, कण्ठमाला, रूबेला [MMR]) से बाजार में हैं। अंतिम टीका 90% से अधिक प्राप्तकर्ताओं में प्रतिरक्षा उत्प्रेरण करने वाला एक जीवित क्षीण वायरल टीका है।

एक खसरे के टीके के लिए, टीके का निर्माण विशिष्ट रोगज़नक़ मुक्त भ्रूण वाले चिकन अंडे से शुरू होता है जो कई दिनों तक इनक्यूबेट किया जाता है। सेल कल्चर के लिए चिक भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट तैयार करने के लिए भ्रूण को एकत्र किया जाता है और ट्रिप्सिन के साथ इलाज किया जाता है। सभी ऑपरेशन सख्त सड़न रोकनेवाला परिस्थितियों में किए जाते हैं, जो अच्छी तरह से प्रशिक्षित ऑपरेटरों द्वारा किए जाते हैं।

सेल कल्चर को इष्टतम सेल विकास के लिए भ्रूण बछड़ा सीरा और M199 हैंक्स मीडिया का उपयोग करके रोलर बोतलों में उगाया जाता है। चिकी भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट कोशिकाएं वायरल कार्यशील बीज से और अधिक संक्रमित हो जाती हैं और वायरल कल्चर के लिए कई दिनों तक इनक्यूबेट की जाती हैं। वायरल कल्चर के अंत में, वायरस को छोड़ने के लिए यांत्रिक लसीका द्वारा कोशिकाओं को बाधित किया जाता है। वायरस को सेंट्रीफ्यूजेशन और निस्पंदन द्वारा शुद्ध किया जाता है और जमे हुए संग्रहीत किया जाता है। सभी क्यूसी परीक्षणों के जारी होने के बाद, टीके को अकेले या कण्ठमाला और रूबेला टीकों के साथ तैयार किया जाता है और स्थिर उत्पाद प्राप्त करने के लिए लियोफिलाइज़ किया जाता है। उपयोग से ठीक पहले वैक्सीन का पुनर्गठन किया जाता है।

अन्य निर्माता विभिन्न सेल सबस्ट्रेट्स का उपयोग करते हैं उदाहरण के लिए, सीरम इंस्टीट्यूट ऑफ इंडिया अपने खसरे के टीके के निर्माण के लिए मानव द्विगुणित कोशिकाओं का उपयोग करता है (देखें http://www.seruminstitute.com/content/products/product_mvac.htm)।

वायरस जैसे कण– आधारित टीके

पारंपरिक वायरल टीके क्षीण वायरस उपभेदों या संक्रामक वायरस की निष्क्रियता पर निर्भर करते हैं। वायरल प्रोटीन पर आधारित सबयूनिट टीके विषमरोग प्रणालियों में व्यक्त किए गए हैं जो कुछ रोगजनकों के लिए प्रभावी रहे हैं, लेकिन गलत तह या संशोधन के कारण अक्सर खराब प्रतिरक्षात्मकता होती है। 24 वायरस जैसे कण (वीएलपी) वायरस कणों की समग्र संरचना की नकल करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और इस प्रकार, इम्युनोजेनिक प्रोटीन के देशी एंटीजेनिक संरचना को संरक्षित करते हैं। वीएलपी को टैक्सोनॉमिक और संरचनात्मक रूप से अलग वायरस की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए तैयार किया गया है और इसमें अद्वितीय हैं क्षमता पिछले दृष्टिकोणों की तुलना में सुरक्षा और इम्युनोजेनेसिटी के मामले में लाभ। 1 वीएलपी के क्षीणन या निष्क्रियता की आवश्यकता नहीं है यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि एपिटोप्स को आमतौर पर निष्क्रियता उपचार द्वारा संशोधित किया जाता है। 25 हालाँकि, यदि एक वायरल वेक्टर (जैसे, बैकोलोवायरस) का उपयोग अभिव्यक्ति प्रणाली के रूप में किया जाता है, तो निष्क्रियता की आवश्यकता हो सकती है यदि शुद्धिकरण प्रक्रिया अवशिष्ट वायरल गतिविधि को समाप्त नहीं कर सकती है।

एक वीएलपी के लिए एक यथार्थवादी वैक्सीन उम्मीदवार होने के लिए, इसे एक सुरक्षित अभिव्यक्ति प्रणाली में उत्पादित करने की आवश्यकता होती है जो बड़े पैमाने पर उत्पादन 1 तक आसान हो और एक साथ शुद्धिकरण और निष्क्रियता प्रक्रिया द्वारा जो मूल संरचना और प्रतिरक्षा को बनाए रखेगी और पूरा करेगी आज के वैश्विक नियामक प्राधिकरणों की आवश्यकताएं। कई एक्सप्रेशन सिस्टम मल्टीमेरिक वीएलपी का निर्माण करते हैं, जिसमें एसएफ 9 और हाई फाइव सेल में बैकोलोवायरस एक्सप्रेशन सिस्टम (बीवीईएस) शामिल हैं, एस्चेरिचिया कोलाई, एस्परगिलस नाइजर, चीनी हम्सटर अंडाशय कोशिकाएं, मानव कार्य यकृत कोशिकाएं, बेबी हम्सटर गुर्दे की कोशिकाएं, ट्रांसजेनिक पौधे (आलू, तंबाकू, सोयाबीन), एस. सेरेविसिया, पिचिया पास्टोरिस, मानव भ्रूण की किडनी 293 (HEK293) कोशिकाएं, और ल्यूपिन कैलस (एक प्लांट-सेल उत्पादन प्रणाली) जिसकी पैदावार 0.3 से 10 µg/mL या 300 से 500 µg/mL तक होती है। ई कोलाई और HEK293 (शुद्ध)। 2

बीवीईएस काफी बहुमुखी साबित हुआ है, पैपिलोमावायरस, फेलिन कैलीवायरस, हेपेटाइटिस ई वायरस, पोर्सिन पैरोवायरस, चिकन एनीमिया वायरस, पोर्सिन सर्कोवायरस, एसवी 40 (सिमियन वायरस 40), पोलियोवायरस, ब्लूटॉन्ग वायरस, रोटावायरस, हेपेटाइटिस सी के लिए वैक्सीन उम्मीदवारों को तैयार करने की क्षमता का प्रदर्शन करता है। वायरस, एचआईवी, सिमियन इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस, फेलिन इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस, न्यूकैसल रोग वायरस, गंभीर तीव्र श्वसन सिंड्रोम (SARS) कोरोनावायरस, हंटन वायरस, इन्फ्लूएंजा ए वायरस और संक्रामक बर्सल रोग वायरस। 1

कई रोगजनक वायरस, जैसे कि इन्फ्लूएंजा, एचआईवी और हेपेटाइटिस सी, एक लिफाफे से घिरे होते हैं, एक झिल्ली जिसमें मेजबान कोशिका से प्राप्त लिपिड बाइलेयर होता है, जिसे वायरस ग्लाइकोप्रोटीन स्पाइक्स के साथ डाला जाता है। ये प्रोटीन एंटीबॉडी को निष्क्रिय करने के लक्ष्य हैं और एक टीके के आवश्यक घटक हैं। लिपिड लिफाफा के अंतर्निहित गुणों के कारण, इन वायरल टीकों के लिए कीट कोशिकाओं में वीएलपी का संयोजन कई कैप्सिड वाले वायरस उत्पन्न करने वालों के लिए एक अलग प्रकार की तकनीकी चुनौती है। 1 इन लक्ष्यों के लिए, वीएलपी का उत्पादन एक चुनौतीपूर्ण कार्य है क्योंकि एक या अधिक पुनः संयोजक प्रोटीनों के संश्लेषण और संयोजन की आवश्यकता हो सकती है। यह रोटावायरस के वीएलपी के मामले में है, जो चार अलग-अलग प्रोटीनों के 1860 मोनोमर्स द्वारा गठित कैप्सिड के साथ एक आरएनए वायरस है। इसके अलावा, अधिकांश वीएलपी के उत्पादन के लिए कई पुनः संयोजक प्रोटीनों की एक साथ अभिव्यक्ति और संयोजन की आवश्यकता होती है, जो कि आरएलपी के मामले में, एक एकल मेजबान सेल में होने की आवश्यकता होती है। 26 वीएलपी का शुद्धिकरण भी एक विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण कार्य है। वीएलपी व्यास में कई नैनोमीटर और 10 6 � की सीमा में आणविक भार की संरचनाएं हैं। इसके अलावा, उत्पाद की गुणवत्ता की गारंटी के लिए, दूषित प्रोटीन की अनुपस्थिति को प्रदर्शित करना पर्याप्त नहीं है, यह दिखाना भी आवश्यक है कि प्रोटीन सही ढंग से वीएलपी में इकट्ठे होते हैं।

एचपीवी वीएलपी का उत्पादन एक और चुनौती का प्रतिनिधित्व करता है। एचपीवी टाइप 16 मेजर 55-केडीए कैप्सिड प्रोटीन, एल1, जब कुछ पुनः संयोजक अभिव्यक्ति प्रणालियों में उत्पादित होता है जैसे कि एस सेरेविसिया, व्यापक आकार के वितरण के साथ अनियमित आकार के वीएलपी बना सकते हैं। ये एचपीवी वीएलपी स्वाभाविक रूप से अस्थिर हैं और समाधान में एकत्रित होते हैं। एचपीवी वैक्सीन निर्माण विकास की प्राथमिक चुनौती जलीय एचपीवी वीएलपी समाधानों की तैयारी थी जो विभिन्न प्रकार के शुद्धिकरण, प्रसंस्करण और भंडारण स्थितियों के तहत स्थिर हैं। एचपीवी वीएलपी को अलग करने और फिर से जोड़ने की प्रक्रिया के माध्यम से इलाज करके, टीके की स्थिरता और इन विट्रो शक्ति में काफी वृद्धि हुई है। इसके अलावा, टीके की विवो इम्युनोजेनेसिटी में भी लगभग 10 गुना सुधार हुआ था, जैसा कि माउस पोटेंसी अध्ययनों में दिखाया गया है। 27 कणों का विघटन और पुन: संयोजन भी अभिव्यक्ति प्रणाली या उत्पादन में प्रयुक्त मेजबान कोशिकाओं से अवशिष्ट प्रोटीन को हटाने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है और विशेष रूप से घिरे वीएलपी के लिए एक गंभीर प्रसंस्करण चुनौती है।


जीई अनुसंधान संक्रामक रोगों के लिए तेजी से प्रतिक्रिया सक्षम करने के लिए डीएनए वैक्सीन प्रौद्योगिकी का विकास

निस्क्युना, एनवाई - अपस्टेट न्यूयॉर्क में जीई रिसर्च में जीई वैज्ञानिकों की एक टीम को डीएनए वैक्सीन तकनीक विकसित करने और प्रदर्शित करने के लिए अमेरिकी रक्षा विभाग (डीओडी) के भीतर एक एजेंसी, डीटीआरए से दो साल, $ 4.7 एमएम कार्यक्रम से सम्मानित किया गया है। एजेंसी और चिकित्सा समुदाय को नए या उभरते बायोथ्रेट्स के प्रति अधिक तेज़ी से प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाएगा।

एक वरिष्ठ प्रधान वैज्ञानिक जॉन नेल्सन ने कहा, "हर घंटे, दिन, सप्ताह और महीने में हम एक नए या उभरते बायोथ्रेट के जवाब में एक टीका विकसित करते समय बचत कर सकते हैं, इसका मतलब एक जीवन, सैकड़ों लोगों या अधिक लोगों की जान बचाने के बीच का अंतर हो सकता है।" जीई रिसर्च में जीव विज्ञान और अनुप्रयुक्त भौतिकी समूह और डीटीआरए कार्यक्रम पर प्रमुख अन्वेषक। “टीके बनाने में हमारे विशेष प्रकार के डीएनए का उपयोग बहुत अधिक वादा करता है, लेकिन अभी भी इसे साबित करने की आवश्यकता है। हमें बहुत उम्मीद है कि हम इसके भविष्य के उपयोग का मार्ग प्रशस्त करने के लिए आवश्यक तकनीकी कमियों को दूर कर सकते हैं।"

डीएनए प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में नेल्सन और अन्य के प्रयासों के माध्यम से, वैक्सीन विकास में उपयोग के लिए प्रौद्योगिकी को अधिक व्यवहार्य बनाने के लिए डीएनए जीनोम अनुक्रमण को गति देने के लिए पिछले एक दशक में नाटकीय सुधार किए गए हैं। डीएनए अनुक्रमण तकनीक में तेजी से सुधार हो रहा है। "10 साल पहले, इसकी कीमत 50,000 डॉलर थी और पूरे मानव जीनोम को अनुक्रमित करने में कई सप्ताह लगते थे। आज कुछ हज़ार डॉलर में, इसे दो सप्ताह से कम समय में किया जा सकता है," नेल्सन ने कहा। "वर्तमान में, केवल कुछ दिनों में हम कुछ सौ डॉलर में किसी भी नए रोगज़नक़ का पूरा क्रम प्राप्त कर सकते हैं"। यह हमें एक नया डीएनए वैक्सीन डिजाइन करने और डीएनए को संश्लेषित करने की अनुमति देता है।

आज टीके कैसे बनते हैं

फ्लू जैसे वायरस के लिए टीके बनाने की प्रक्रिया जटिल है और इसमें कई महीनों से लेकर एक साल तक का समय लग सकता है। यह लंबी समय सीमा, बदले में, एक प्रभावी टीका बनाना मुश्किल बना सकती है। नेल्सन ने कहा, "फ्लू जैसे वायरस एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में स्थानांतरित होते ही अपनी विशेषताओं में परिवर्तन या परिवर्तन करते हैं। आज, फ्लू के टीके अगले फ्लू के मौसम से लगभग एक साल पहले विकसित किए जाते हैं।" नेल्सन ने कहा, "वैज्ञानिक यह अनुमान लगाने की पूरी कोशिश करते हैं कि फ्लू कैसा दिखेगा और फिर मारे गए वायरस के एक संस्करण को लोगों की बाहों में इंजेक्ट करने के लिए इंजीनियर करें। मुद्दा यह है कि जब तक इसे प्रशासित किया जाता है, तब तक फ्लू वायरस का प्रोफाइल इतना बदल सकता है कि टीका वायरस को दबाने में उतना प्रभावी नहीं होगा। इसलिए आप ऐसे लोगों के बारे में सुनते हैं जिन्हें फ्लू का टीका लग गया था, लेकिन फिर भी उन्हें फ्लू हो गया था।"

जीई की नई डीएनए वैक्सीन प्रौद्योगिकी

डीएनए वैक्सीन तकनीक पिछले दो दशकों में विकसित की गई है और वर्तमान में मानव नैदानिक ​​परीक्षणों में है। हालांकि, वर्तमान संस्करण में प्रयुक्त डीएनए जीवाणु कोशिकाओं में बना है और शुद्ध करने के लिए बहुत जटिल और महंगा है। जीई ने कोशिकाओं से डीएनए बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली सेलुलर प्रक्रिया को लिया है और डीएनए को एंजाइमेटिक रूप से बनाने के लिए इसे सेल-फ्री विधि में स्थानांतरित कर दिया है।

वायरस वाले नमूने को पकड़ने के लिए बस किसी की नाक से एक स्वाब लेने से प्रक्रिया शुरू होती है। अगला कदम वायरस के अनुक्रम के लिए नमूने को प्रयोगशाला में भेजना और वायरस के सतही प्रोटीन के लिए जीन की पहचान करना है। एक बार जब आपके पास वे जीन होते हैं, तो आप डीएनए का एक टुकड़ा बनाते हैं जो जीन को प्रोटीन में व्यक्त करने के तरीके के बारे में निर्देश प्रदान करेगा। डीएनए के इस खंड को जीई पद्धति का उपयोग करके बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जाता है, और टीकों में तैयार किया जाता है। इस डीएनए वैक्सीन को फिर कुछ मानव कोशिकाओं (त्वचा या मांसपेशियों में एक सामान्य टीके की तरह) में डाल दिया जाता है और कुछ दिनों में विदेशी प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए व्यक्त किया जाता है जो वायरस के खिलाफ शरीर की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रमुख बनाता है।

अपने शोध भागीदारों, अल्बानी मेडिकल सेंटर, वाशिंगटन विश्वविद्यालय, प्रोफेक्टस बायोसाइंसेज और यूनाइटेड स्टेट्स आर्मी मेडिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ इंफेक्शियस डिजीज (USAMRIID) के साथ, टीम डीएनए के इस नए रूप की प्रभावशीलता को साबित करने के लिए विभिन्न वैक्सीन वितरण तंत्र का परीक्षण करेगी। टीका। एक नया दृष्टिकोण यह है कि जीई की अल्ट्रासाउंड तकनीक का उपयोग करके त्वचा के माध्यम से टीका दिया जाता है।

नेल्सन ने निष्कर्ष निकाला, "टीकों को दिनों में विकसित करने की क्षमता, महीनों में नहीं, जिस तरह से चिकित्सा समुदाय नए उभरते संक्रामक रोगों के प्रति प्रतिक्रिया करता है, उसमें एक गेम-चेंजर होगा।" "डीएनए का उत्पादन करने के लिए जीई का सिंथेटिक दृष्टिकोण कैंसर और ऑटोइम्यून बीमारियों के उपचार सहित अन्य क्षेत्रों में भी नए अवसर खोल सकता है।"

जीई रिसर्च के बारे में

जीई रिसर्च जीई का इनोवेशन पावरहाउस है जहां अनुसंधान वास्तविकता से मिलता है। हम 1,000+ वैज्ञानिक, इंजीनियरिंग और मार्केटिंग दिमाग (600+ पीएचडी) की एक विश्व स्तरीय टीम हैं, जो भौतिकी और बाजारों, भौतिक और डिजिटल प्रौद्योगिकियों के चौराहे पर काम कर रहे हैं, और उद्योगों के एक व्यापक समूह में दुनिया को बदलने के लिए काम कर रहे हैं। हमारे ग्राहकों के लिए नवाचार और क्षमताएं।


10.2 चिकित्सा और कृषि में जैव प्रौद्योगिकी

यह देखना आसान है कि औषधीय प्रयोजनों के लिए जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग कैसे किया जा सकता है। हमारी प्रजातियों की आनुवंशिक संरचना का ज्ञान, आनुवंशिक रोगों का आनुवंशिक आधार, और उत्परिवर्तित जीनों में हेरफेर और उन्हें ठीक करने के लिए प्रौद्योगिकी का आविष्कार बीमारियों के इलाज के तरीके प्रदान करता है। कृषि में जैव प्रौद्योगिकी फसल की उपज और गुणवत्ता दोनों में सुधार करने के लिए रोग, कीटों और पर्यावरणीय तनाव के प्रतिरोध को बढ़ा सकती है।

आनुवंशिक निदान और जीन थेरेपी

उपचार करने से पहले संदिग्ध आनुवंशिक दोषों के परीक्षण की प्रक्रिया को आनुवंशिक परीक्षण द्वारा आनुवंशिक निदान कहा जाता है। कुछ मामलों में जहां किसी व्यक्ति के परिवार में एक आनुवंशिक रोग मौजूद है, परिवार के सदस्यों को आनुवंशिक परीक्षण से गुजरने की सलाह दी जा सकती है। उदाहरण के लिए, में उत्परिवर्तन बीआरसीए जीन महिलाओं में स्तन और डिम्बग्रंथि के कैंसर और महिलाओं और पुरुषों में कुछ अन्य कैंसर के विकास की संभावना को बढ़ा सकते हैं। इन उत्परिवर्तनों के लिए स्तन कैंसर वाली महिला की जांच की जा सकती है। यदि उच्च-जोखिम वाले उत्परिवर्तनों में से एक पाया जाता है, तो उसकी महिला रिश्तेदार भी उस विशेष उत्परिवर्तन के लिए जांच कर सकती हैं, या कैंसर की घटना के लिए अधिक सतर्क रह सकती हैं। विशिष्ट दुर्बल रोगों वाले परिवारों में रोग पैदा करने वाले जीन की उपस्थिति या अनुपस्थिति का निर्धारण करने के लिए भ्रूण (या इन विट्रो निषेचन के साथ भ्रूण) के लिए आनुवंशिक परीक्षण की भी पेशकश की जाती है।

कार्रवाई में अवधारणाएं

देखें कि आनुवंशिक परीक्षण जैसे उपयोगों के लिए मानव डीएनए कैसे निकाला जाता है।

जीन थेरेपी एक आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीक है जिसका उपयोग एक दिन कुछ आनुवंशिक रोगों को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। अपने सरलतम रूप में, इसमें जीनोम में एक यादृच्छिक स्थान पर एक गैर-उत्परिवर्तित जीन की शुरूआत शामिल है, जो एक आनुवंशिक उत्परिवर्तन के कारण इन व्यक्तियों में अनुपस्थित प्रोटीन की जगह एक बीमारी का इलाज कर सकता है। गैर-उत्परिवर्तित जीन को आमतौर पर रोगग्रस्त कोशिकाओं में एक वायरस द्वारा प्रेषित वेक्टर के हिस्से के रूप में पेश किया जाता है, जैसे कि एडेनोवायरस, जो मेजबान सेल को संक्रमित कर सकता है और विदेशी डीएनए को लक्षित सेल के जीनोम में पहुंचा सकता है (चित्र 10.8)। आज तक, जीन थेरेपी मुख्य रूप से मनुष्यों में प्रायोगिक प्रक्रियाएं रही हैं। इनमें से कुछ प्रयोगात्मक उपचार सफल रहे हैं, लेकिन भविष्य में विधियां महत्वपूर्ण हो सकती हैं क्योंकि इसकी सफलता को सीमित करने वाले कारकों का समाधान किया जाता है।

टीके, एंटीबायोटिक्स और हार्मोन का उत्पादन

पारंपरिक टीकाकरण रणनीतियाँ प्रतिरक्षा प्रणाली को उत्तेजित करने के लिए सूक्ष्मजीवों या वायरस के कमजोर या निष्क्रिय रूपों का उपयोग करती हैं। आधुनिक तकनीकें सूक्ष्मजीवों के विशिष्ट जीनों का उपयोग करती हैं जिन्हें वैक्टर में क्लोन किया जाता है और बैक्टीरिया में बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जाता है ताकि बड़ी मात्रा में विशिष्ट पदार्थ प्रतिरक्षा प्रणाली को उत्तेजित कर सकें। पदार्थ तब एक टीके के रूप में प्रयोग किया जाता है। कुछ मामलों में, जैसे कि H1N1 फ्लू वैक्सीन, वायरस से क्लोन किए गए जीन का उपयोग इस वायरस के लगातार बदलते उपभेदों का मुकाबला करने के लिए किया गया है।

एंटीबायोटिक्स बैक्टीरिया को मारते हैं और स्वाभाविक रूप से सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित होते हैं जैसे कि कवक पेनिसिलिन शायद सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है। कवक कोशिकाओं की खेती और हेरफेर करके बड़े पैमाने पर एंटीबायोटिक्स का उत्पादन किया जाता है। कवक कोशिकाओं को आमतौर पर एंटीबायोटिक यौगिक की पैदावार में सुधार के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया है।

मानव हार्मोन इंसुलिन की बड़ी मात्रा में उत्पादन करने के लिए पुनः संयोजक डीएनए तकनीक का उपयोग किया गया था ई कोलाई 1978 की शुरुआत में। पहले, केवल सुअर इंसुलिन के साथ मधुमेह का इलाज करना संभव था, जिससे कई मनुष्यों में इंसुलिन अणु में अंतर के कारण एलर्जी की प्रतिक्रिया हुई। इसके अलावा, बच्चों में विकास विकारों के इलाज के लिए मानव विकास हार्मोन (एचजीएच) का उपयोग किया जाता है। एचजीएच जीन को सीडीएनए (पूरक डीएनए) पुस्तकालय से क्लोन किया गया था और इसमें डाला गया था ई कोलाई कोशिकाओं को एक जीवाणु वेक्टर में क्लोन करके।

ट्रांसजेनिक जानवर

यद्यपि चिकित्सा में उपयोग किए जाने वाले कई पुनः संयोजक प्रोटीन बैक्टीरिया में सफलतापूर्वक उत्पन्न होते हैं, कुछ प्रोटीनों को उचित प्रसंस्करण के लिए यूकेरियोटिक पशु मेजबान की आवश्यकता होती है। इस कारण से, भेड़, बकरी, मुर्गियों और चूहों जैसे जानवरों में जीन का क्लोन और व्यक्त किया गया है। जिन जंतुओं को पुनर्योगज डीएनए को व्यक्त करने के लिए संशोधित किया गया है, उन्हें ट्रांसजेनिक जानवर कहा जाता है (चित्र 10.9)।

ट्रांसजेनिक भेड़ और बकरियों के दूध में कई मानव प्रोटीन व्यक्त किए जाते हैं। एक व्यावसायिक उदाहरण में, एफडीए ने एक रक्त थक्कारोधी प्रोटीन को मंजूरी दी है जो मनुष्यों में उपयोग के लिए ट्रांसजेनिक बकरियों के दूध में उत्पन्न होता है। पुनः संयोजक जीन और उत्परिवर्तन के प्रभावों को व्यक्त करने और उनका अध्ययन करने के लिए चूहों का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

ट्रांसजेनिक पौधे

पौधों के डीएनए में हेरफेर (आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों, या जीएमओ का निर्माण) ने रोग प्रतिरोध, शाकनाशी, और कीट प्रतिरोध, बेहतर पोषण मूल्य और बेहतर शेल्फ जीवन जैसे वांछनीय लक्षण बनाने में मदद की है (चित्र 10.10)। पौधे मानव आबादी के लिए भोजन का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत हैं। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी प्रथाओं की स्थापना से बहुत पहले किसानों ने वांछनीय लक्षणों वाले पौधों की किस्मों के चयन के तरीके विकसित किए।

ट्रांसजेनिक पौधों को अन्य प्रजातियों से डीएनए प्राप्त हुआ है। क्योंकि उनमें जीन के अनूठे संयोजन होते हैं और प्रयोगशाला तक सीमित नहीं होते हैं, ट्रांसजेनिक पौधों और अन्य जीएमओ की सरकारी एजेंसियों द्वारा बारीकी से निगरानी की जाती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे मानव उपभोग के लिए उपयुक्त हैं और अन्य पौधों और जानवरों के जीवन को खतरे में नहीं डालते हैं। चूंकि विदेशी जीन पर्यावरण में अन्य प्रजातियों में फैल सकते हैं, विशेष रूप से पराग और पौधों के बीजों में, पारिस्थितिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए व्यापक परीक्षण की आवश्यकता होती है। मकई, आलू और टमाटर जैसे स्टेपल आनुवंशिक रूप से इंजीनियर होने वाले पहले फसल पौधे थे।

का उपयोग कर पौधों का परिवर्तन एग्रोबैक्टीरियम टूमफेशियन्स

पौधों में, जीवाणु के कारण होने वाले ट्यूमर एग्रोबैक्टीरियम टूमफेशियन्स जीवाणु से पौधे में डीएनए के स्थानांतरण से होता है। पादप कोशिकाओं में डीएनए का कृत्रिम परिचय पशु कोशिकाओं की तुलना में अधिक चुनौतीपूर्ण होता है क्योंकि पौधे की कोशिका भित्ति मोटी होती है। शोधकर्ताओं ने डीएनए के प्राकृतिक हस्तांतरण का इस्तेमाल किया एग्रोबैक्टीरियम पादप मेजबान में अपनी पसंद के डीएनए अंशों को पेश करने के लिए एक पादप मेजबान के लिए। प्रकृति में, रोग पैदा करने वाले ए. टूमफेशियन्स प्लास्मिड का एक सेट होता है जिसमें जीन होते हैं जो संक्रमित पौधे कोशिका के जीनोम में एकीकृत होते हैं। शोधकर्ता प्लास्मिड में हेरफेर करके वांछित डीएनए टुकड़ा ले जाते हैं और इसे पौधे के जीनोम में डाल देते हैं।

जैविक कीटनाशक बैसिलस थुरिंजिनिसिस

बैसिलस थुरिंजिनिसिस (Bt) is a bacterium that produces protein crystals that are toxic to many insect species that feed on plants. Insects that have eaten Bt toxin stop feeding on the plants within a few hours. After the toxin is activated in the intestines of the insects, death occurs within a couple of days. The crystal toxin genes have been cloned from the bacterium and introduced into plants, therefore allowing plants to produce their own crystal Bt toxin that acts against insects. Bt toxin is safe for the environment and non-toxic to mammals (including humans). As a result, it has been approved for use by organic farmers as a natural insecticide. There is some concern, however, that insects may evolve resistance to the Bt toxin in the same way that bacteria evolve resistance to antibiotics.

FlavrSavr Tomato

The first GM crop to be introduced into the market was the FlavrSavr Tomato produced in 1994. Molecular genetic technology was used to slow down the process of softening and rotting caused by fungal infections, which led to increased shelf life of the GM tomatoes. Additional genetic modification improved the flavor of this tomato. The FlavrSavr tomato did not successfully stay in the market because of problems maintaining and shipping the crop.


Rapid-response technology could produce billions of vaccine doses fast enough to stop the next pandemic

James Swartz operating a bioreactor that his lab uses to grow cells from which cell extracts used for CFPS are prepared. Credit: Andrew Brodhead

Ever since the COVID-19 pandemic began more than a year ago, public health officials, scientists and policy leaders have struggled to contain the viral contagion that has claimed more than 2.4 million lives worldwide and caused global economic upheaval.

This should never happen again, says Stanford bioengineer James Swartz, who has spent more than a dozen years laying the groundwork for a novel vaccine technology designed to stop viral outbreaks by inoculating millions, indeed billions, of people within weeks.

Swartz praised the current COVID-19 vaccines as unprecedented scientific and medical achievements, developed as they were with unparalleled haste and global collaboration, but what he's proposing now is even more ambitious: a radically new vaccine design and ultrafast biomanufacturing process so effective that global herd immunity could be established before a pandemic could even start.

To make good on this promise, Swartz envisions a two-stage program. Stage one would involve making bioparticles designed to carry the active ingredient for the new vaccine, testing these delivery agents for safety and then stockpiling the bioparticles without a medical payload until a pandemic threatened. The beginning of stage two would resemble the process used to create current COVID-19 vaccines, with scientists racing to identify unique molecular fingerprints, or antigens, that can be used to target the dangerous virus. Only this time, there will be a rapid-response biomanufacturing system poised to load the antigens onto the bioparticles. That could make all the difference, Swartz said, and allow a rapid-response vaccine to potentially be tested for efficacy and transformed into billions of injection-ready doses within weeks.

But two big obstacles stand in the way. First, Swartz has based his approach on an only partially-proven technology called cell-free protein synthesis that represents a complete break with the bio-processing techniques that have been used to make protein medicines for the last 40 years. Second, his radical idea faces the harsh, economic realities of pharmaceutical development: though the rewards for success could prove extraordinary, the costs of taking the risky project from conception to injection have so far proven insurmountable. Swartz figures he needs $10 million now to fund more extensive animal experiments, that build on the preliminary work he has already done, in order to establish the likelihood of eventual success. Should those animal experiments provide a tentative green light, at least another $30 million would be required to carry out human clinical trials to test the safety and efficacy of trial vaccines. And should all of this go well over the next four or five years, Swartz would then have to convince pharmaceutical manufacturers to invest $250 million or more to build sufficient bio-processing capability to make good his plan to inoculate the world in a hurry when threats emerge.

"I've kept this project alive with my own personal money at times, but I've taken it about as far as I can alone," said Swartz. "I know my proposal is expensive and faces many unknowns, but the question we should ask is what will happen if we don't do this, or something like it, and the next pandemic catches us unprepared?"

Swartz's approach hearkens back to the 1960s when molecular biologists started conducting early DNA experiments to figure out how genes made proteins, the complex biomolecules that perform multiple functions inside cells. The experimental technique they used was a process called cell-free protein synthesis, or CFPS. Scientists identified the basic bio-machinery that cells use to make proteins, extracted these bare-bones components from cells and put them into test tubes. A CFPS system includes three components: a gene to direct the protein-making process bio-machines called ribosomes and chaperone molecules that have the dual purpose of assembling amino acids, like chains, to form proteins and then folding these protein chains into whatever shape the gene dictated and, finally, the CFPS process requires the bio-fuels ATP and GTP to provide power. By the 1970s and 1980s, as CFPS revealed more about how proteins are made, scientists learned how to splice genes into living cells to give their biomachinery the blueprints for making medicinal proteins. CFPS continued as a research tool, and biotech startups focused on turning live cells into medicine-making biofactories.

A cross-sectional illustration of stockpiled bioparticle without a medical payload (left) and a bioparticle that has been “activated” (right) by attaching antigens that mirror parts of a dangerous virus that the vaccine will protect against. Credit: Farrin Abbott

It was at this critical juncture, in 1981, that Swartz joined a fledgling firm called Genentech and learned how to make protein medicines in cells. His first project was helping the then-startup company produce human growth hormone (HGH), a protein secreted by the pituitary gland to stimulate the growth of bone and cartilage. Over the next 17 years, Swartz became adept at cell-based biotechnology, which involved splicing bits of human DNA into fast-growing bacterial or, sometimes, mammalian cells that were grown in large vats. As the gene-spliced cells multiplied, they made copies of medicinal proteins that could be harvested and purified for use. But Swartz also came to learn what could go wrong, particularly with the crucial step of folding proteins, origami style, into the precise shape needed to achieve their therapeutic purpose. "We had to control a chemical assembly process inside cells that weren't built to accommodate what we wanted to make," Swartz said. "If something went wrong in our process, we would end up with a vat of proteins that weren't folded properly and were useless."

He left Genentech to join the Stanford faculty in 1998 to reinvent biomanufacturing by, paradoxically, taking it back to the CFPS style of protein making, by putting the bare-bones protein-making machinery into vats rather than petri dishes. In 2003, Swartz's lab showed how industrial-scale CFPS systems could make and fold proteins more reliably and cost-effectively than prevailing cell-based technologies. He then co-founded a biotech startup that has licensed the CFPS process from Stanford and has used it to make four protein-based, cancer-fighting therapies that are in early-stage human clinical trials. The trials are a partial vindication for CFPS, but still shy of the full validation that would occur if or when the U.S. Food and Drug Administration approves bio-medicines made using his new approach.

Meanwhile, another event in 2003—the first SARS outbreak in China—got Swartz wondering whether CFPS might be useful for mass-producing vaccines. In 2008, he and former Stanford graduate student Brad Bundy co-authored a paper postulating that CFPS was "well suited for producing versatile protein-based nanoparticles"—VLPs (virus-like particles) for short—providing the intellectual framework for the two-stage, rapid response vaccine technology for which he now hopes to garner support. In a 2015 paper, his lab showed how to remodel and repurpose the inner shell of a common virus making a VLP that resembles a tiny soccer ball with spikes. The spikes are convenient attachment points for antigens and other molecular bells and whistles, making the VLP so obnoxious that the immune system regards any virus resembling it as an enemy, and creates antibodies to render the infectious invader incapable of attacking our cells.

Swartz has already conducted small-scale animal tests on the rapid response technology and had produced promising results when the new coronavirus caused the COVID-19 pandemic. Now his hope is to get the funding in place to test his approach in more animals, and then in humans, loading the VLPs with antigens to known viral infections for which no vaccine currently exists. One such candidate would be chikungunya, a mosquito-borne viral infection prevalent in Africa, Asia and India that causes fever and joint pain. These human trials would be designed to prove the safety of VLP delivered vaccines for people in general and demonstrate that this approach would be efficacious. Pending a successful outcome, Swartz would still have to persuade pharmaceutical companies to build CFPS production plants to stockpile billions of doses of VLPs ready for activation when it became necessary.

Swartz estimates all of that will take about six years. But with luck, that could still be enough time for his rapid-response technology to be ready before the next pandemic-grade virus hits. Things could proceed swiftly after that: Immunologists could identify an effective antigen within a couple of weeks. Biotech engineers could retrieve the stockpiled VLPs and hook the newly produced antigens onto the spikes. Since the prior clinical trials would have already proven the safety of VLP vaccines produced by CFPS, the new, pandemic-stopping vaccine could be given on a trial basis to high-risk individuals at the epicenter of the contagion, to further confirm safety and begin testing the efficacy of the antigen. In a best-case scenario, Swartz estimates that billions of doses could be produced within six weeks. Even if the response took twice as long as projected, he says it would still be at least five times faster than current COVID-19 vaccine development and production processes.

Swartz knows it's premature for biotech firms to undertake a project facing so many hurdles, and a stretch even for funding agencies to underwrite the considerable upfront costs of validating or negating his approach. But as he sees it, the current pandemic has proven the need for this new approach. Now is the time for bioengineers to retool the 40-year-old technology for making protein-based therapies. He is eager to complete the mission that brought him to Stanford more than two decades ago.

"If we have the will, this could be how we make sure that the world never has to suffer a pandemic like COVID-19 again," he said.


How are vaccines mass-produced? - जीव विज्ञान

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December 22, 2004

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INEXPENSIVE, MASS-PRODUCED GENES CORE OF SYNTHETIC BIOLOGY ADVANCES AT UH
Professor Xiaolian Gao’s Research Unlocks Potential for New Medications, Vaccines and Diagnostics

HOUSTON, Dec. 22, 2004 – Devices the size of a pager now have greater capabilities than computers that once occupied an entire room. Similar advances are being made in the emerging field of synthetic biology at the University of Houston, now allowing researchers to inexpensively program the chemical synthesis of entire genes on a single microchip.

Xiaolian Gao, a professor in the department of biology and biochemistry at UH, works at the leading edge of this field. Her recent findings on how to mass produce multiple genes on a single chip are described in a paper titled “Accurate multiplex gene synthesis from programmable DNA microchips,” appearing in the current issue of Nature, the weekly scientific journal for biological and physical sciences research.

“Synthetic genes are like a box of Lego building blocks,” Gao said. “Their organization is very complex, even in simple organisms. By making programmed synthesis of genes economical, we can provide more efficient tools to aid the efforts of researchers to understand the molecular mechanisms that regulate biological systems. There are many potential biochemical and biomedical applications.”

Most immediately, examples include understanding the regulation of gene function. Down the road, these efforts will improve health care, medicine and the environment at a fundamental level.

Using current methods, programmed synthesis of a typical gene costs thousands of dollars. Thus, the prospect of creating the most primitive of living organisms, which requires synthesis of several thousand genes, would be prohibitive, costing millions of dollars and years of time. The system developed by Gao and her partners employs digital technology similar to that used in making computer chips and thereby reduces cost and time factors drastically. Gao’s group estimates that the new technology will be about one hundred times more cost- and time-efficient than current technologies.

With this discovery, Gao and her colleagues have developed a technology with the potential to make complete functioning organisms that can produce energy, neutralize toxins and make drugs and artificial genes that could eventually be used in gene therapy procedures. Gene therapy is a promising approach to the treatment of genetic disorders, debilitating neurological diseases such as Parkinson’s and endocrine disorders such as diabetes. This technology may therefore yield profound benefits for human health and quality of life.

“The technology developed by Dr. Gao and her collaborators has the potential to make research that many of us could only dream about both plausible and cost effective,” said Stuart Dryer, chair of the department of biology and biochemistry at UH. “In my own research on neurological diseases, we’ve often wished we could rapidly synthesize many variations of large naturally occurring genes. The costs of current technology have prevented us from doing this, but Dr. Gao’s research will break down that barrier.”

This technology offers tremendous potential benefits, as synthetic genes could allow for development and production of safer, less toxic proteins that are currently used in disease treatment. It also could allow for production of large molecules that do not occur naturally, but that are needed for new generations of vaccines and therapeutic agents, including vaccines for HIV and other viral diseases. This technology also will facilitate development of new medications through the creation of humanized yet synthetic antibodies that could be especially useful in detection and treatment of infectious organisms that could be used by terrorists.

Gao’s co-authors include Erdogan Gulari and Xiaochuan Zhou from the University of Michigan and George Church of Harvard University. Gao, Gulari and Zhou are partners in Atactic Technologies, a company that produces and markets products for life sciences research. Atactic Technologies currently holds the license to this breakthrough technology, called picoarray gene synthesis. UH and the University of Michigan are co-holders of the patents to these DNA microchip technologies.

Prior to coming to UH in 1992, Gao was a senior investigator at Glaxo Research Laboratory and received her postdoctoral training at Columbia University, her doctorate from Rutgers University and bachelor of science from the Beijing Institute of Chemical Technology. She is an expert in nucleic acid chemistry, biomolecular nuclear magnetic resonance technology, structural biological chemistry and combinatorial chemistry. Research in her lab involves the interface of chemistry and biological sciences. Holding patents in biochip technologies, Gao is currently focusing on understanding the relationships of function and structure of complex genomes of humans and other species. Gao’s research has been funded by the National Institutes of Health, the Welch Foundation, the Texas Higher Education Coordinating Board, the National Foundation for Cancer Research, the Merck Genomic Research Institute and the Defense Advanced Research Projects Agency.

About the University of Houston
The University of Houston, Texas’ premier metropolitan research and teaching institution, is home to more than 40 research centers and institutes and sponsors more than 300 partnerships with corporate, civic and governmental entities. UH, the most diverse research university in the country, stands at the forefront of education, research and service with more than 35,000 students.


Inexpensive, Mass-produced Genes At Core Of Synthetic Biology Advances At UH

HOUSTON, Dec. 22, 2004 &ndash Devices the size of a pager now have greater capabilities than computers that once occupied an entire room. Similar advances are being made in the emerging field of synthetic biology at the University of Houston, now allowing researchers to inexpensively program the chemical synthesis of entire genes on a single microchip.

Xiaolian Gao, a professor in the department of biology and biochemistry at UH, works at the leading edge of this field. Her recent findings on how to mass produce multiple genes on a single chip are described in a paper titled "Accurate multiplex gene synthesis from programmable DNA microchips," appearing in the current issue of Nature, the weekly scientific journal for biological and physical sciences research.

"Synthetic genes are like a box of Lego building blocks," Gao said. "Their organization is very complex, even in simple organisms. By making programmed synthesis of genes economical, we can provide more efficient tools to aid the efforts of researchers to understand the molecular mechanisms that regulate biological systems. There are many potential biochemical and biomedical applications."

Most immediately, examples include understanding the regulation of gene function. Down the road, these efforts will improve health care, medicine and the environment at a fundamental level.

Using current methods, programmed synthesis of a typical gene costs thousands of dollars. Thus, the prospect of creating the most primitive of living organisms, which requires synthesis of several thousand genes, would be prohibitive, costing millions of dollars and years of time. The system developed by Gao and her partners employs digital technology similar to that used in making computer chips and thereby reduces cost and time factors drastically. Gao's group estimates that the new technology will be about one hundred times more cost- and time-efficient than current technologies.

With this discovery, Gao and her colleagues have developed a technology with the potential to make complete functioning organisms that can produce energy, neutralize toxins and make drugs and artificial genes that could eventually be used in gene therapy procedures. Gene therapy is a promising approach to the treatment of genetic disorders, debilitating neurological diseases such as Parkinson's and endocrine disorders such as diabetes. This technology may therefore yield profound benefits for human health and quality of life.

"The technology developed by Dr. Gao and her collaborators has the potential to make research that many of us could only dream about both plausible and cost effective," said Stuart Dryer, chair of the department of biology and biochemistry at UH. "In my own research on neurological diseases, we've often wished we could rapidly synthesize many variations of large naturally occurring genes. The costs of current technology have prevented us from doing this, but Dr. Gao's research will break down that barrier."

This technology offers tremendous potential benefits, as synthetic genes could allow for development and production of safer, less toxic proteins that are currently used in disease treatment. It also could allow for production of large molecules that do not occur naturally, but that are needed for new generations of vaccines and therapeutic agents, including vaccines for HIV and other viral diseases. This technology also will facilitate development of new medications through the creation of humanized yet synthetic antibodies that could be especially useful in detection and treatment of infectious organisms that could be used by terrorists.

Gao's co-authors include Erdogan Gulari and Xiaochuan Zhou from the University of Michigan and George Church of Harvard University. Gao, Gulari and Zhou are partners in Atactic Technologies, a company that produces and markets products for life sciences research. Atactic Technologies currently holds the license to this breakthrough technology, called picoarray gene synthesis. UH and the University of Michigan are co-holders of the patents to these DNA microchip technologies.

Prior to coming to UH in 1992, Gao was a senior investigator at Glaxo Research Laboratory and received her postdoctoral training at Columbia University, her doctorate from Rutgers University and bachelor of science from the Beijing Institute of Chemical Technology. She is an expert in nucleic acid chemistry, biomolecular nuclear magnetic resonance technology, structural biological chemistry and combinatorial chemistry. Research in her lab involves the interface of chemistry and biological sciences. Holding patents in biochip technologies, her current focus is to understand the relationships of function and structure of complex genomes of humans and other species. Gao's research has been funded by the National Institutes of Health, the Welsh Foundation, the Texas Higher Education Coordinating Board, the National Foundation for Cancer Research, the Merck Genomic Research Institute and the Defense Advanced Research Projects Agency.

About the University of Houston

The University of Houston, Texas' premier metropolitan research and teaching institution, is home to more than 40 research centers and institutes and sponsors more than 300 partnerships with corporate, civic and governmental entities. UH, the most diverse research university in the country, stands at the forefront of education, research and service with more than 35,000 students.

कहानी स्रोत:

द्वारा प्रदान की जाने वाली सामग्री University Of Houston. नोट: सामग्री को शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।


Lyme Disease Vaccine Proteins Patented

Scientists at the U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory and collaborators at Stony Brook University have received U.S. Patent Number 7,179,448 for developing chimeric, or "combination," proteins that may advance the development of vaccines and diagnostic tests for Lyme disease.

The genetically engineered proteins combine pieces of two proteins that are normally present on the surface of the bacterium that causes Lyme disease, but at different parts of the organism&rsquos life cycle. "Combining pieces of these two proteins into one chimeric protein should trigger a 'one-two-punch' immune response more capable of fending off the bacterium than either protein alone," says Brookhaven biologist John Dunn, a researcher on the BNL Lyme disease team. "These chimeric proteins could also be used as diagnostic reagents that distinguish disease-causing strains of bacteria from relatively harmless ones, and help assess the severity of an infection," Dunn said.

Lyme disease is the most common vector-borne disease in the U.S., causing approximately 25,000 new cases each year &mdash a rate that is expected to increase by at least a third from 2002 to 2012, according to a new study. Early symptoms of the disease, which is spread by the bite of an infected deer tick, include a bull's-eye rash at the site of the bite and flu-like symptoms. If not promptly treated with antibiotics, it can lead to more serious symptoms, including joint and neurological complications.

Scientists have been working on vaccines based on the structures of proteins found on the outer surface of Borrelia burgdoferi, the bacterium that causes Lyme disease. Dunn and colleagues deciphered the atomic level structures of these proteins, known as outer surface proteins A and C (OspA and OspC), at the National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven Lab. The OspA protein, which was used to make the original vaccine against Lyme disease, is only present in the bacteria while they are in the cold-blooded deer tick&rsquos stomach, and not in the host. After the tick bites a warm-blooded mammalian host, the injected bacteria produce OspC on their surface.

With the aim of developing a vaccine that would trigger an immune response against both these life cycle stages, Dunn's team used methods of recombinant DNA to create new proteins that combine the most immunogenic portions of OspA and OspC &mdash that is, the regions of the two proteins that are most likely to trigger an immune response.

The researchers have demonstrated that the new combination proteins retain the ability to trigger an immune response to at least one or both of the antigens, and can trigger the production of antibodies that inhibit growth of and/or kill Borrelia bacteria in laboratory cultures. They've also shown that the chimeric proteins can be mass-produced in E. coli bacteria, a common laboratory technique for making proteins, and easily purified for possible use in vaccines or diagnostic assays.

"This could lead to a vaccine that is effective at different stages of the organism&rsquos life cycle," said Dunn. Moreover, by incorporating unique protein fragments from various pathogenic families of Borrelia, these chimeric proteins could be used to distinguish clinically important exposure to disease-causing Borrelia from exposures to other non-pathogenic families of Borrelia.

The patent covers the development of the chimeric proteins themselves, the nucleic acids (genetic material) used to generate the proteins, the methods used to make the proteins, the methods used to deliver either the proteins or nucleic acids, the use of the proteins in diagnostic assays or kits, and their use in animals and humans as vaccines against Lyme disease.