Vaccine tái tổ hợp là gì? Các công đoạn tạo ra DNA tái tổ hợp

Nhiều bệnh lý nguy hiểm như viêm gan B, HPV, Covid-19,… có thể được phòng ngừa bằng vaccine loại tái tổ hợp. Nhờ những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực sinh học phân tử và kỹ thuật di truyền, các nhà khoa học đã phát triển vaccine tái tổ hợp có độ tinh khiết cao, giúp kích thích hệ thống miễn dịch trong cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh. Cùng tìm hiểu loại vaccine này trong bài viết dưới đây.

Vaccine tái tổ hợp là gì?

Vaccine tái tổ hợp là loại vaccine được sản xuất bằng công nghệ DNA tái tổ hợp. Quá trình này bao gồm việc chèn một đoạn DNA mã hóa một kháng nguyên (ví dụ như protein) vào gen của một vi khuẩn vô hại hoặc đã được làm giảm độc lực. Đoạn DNA chèn vào này sẽ khiến vi khuẩn vô hại hoặc giảm độc lực biểu lộ kháng nguyên của vi sinh vật khác. Khi vi khuẩn biểu lộ kháng nguyên này, hệ thống miễn dịch của cơ thể sẽ nhận diện và phản ứng, từ đó tạo ra miễn dịch chống lại vi sinh vật gây bệnh thực sự.

Hoạt động của vaccine dạng tái tổ hợp

Trong tự nhiên, virus sẽ bám vào tế bào, sau đó bơm vật chất di truyền vào trong. Trong khi đó, ở phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã tận dụng quá trình này để tạo ra vaccine dạng tái tổ hợp. Họ giảm độc lực hoặc sử dụng các đoạn gen từ virus vô hại, sau đó chèn thêm đoạn vật chất di truyền của sinh vật khác.

Virus vô hại thường được sử dụng làm vector, đóng vai trò vận chuyển DNA đến tế bào. Khi được tiêm vào cơ thể, vaccine loại tái tổ hợp sẽ mô phỏng nhiễm trùng tự nhiên, giúp kích thích hệ miễn dịch một cách tự nhiên.

Vi khuẩn giảm độc lực cũng được sử dụng làm vector, mặc dù không phổ biến bằng virus. Trong trường hợp này, vật chất di truyền sẽ được chèn vào để vi khuẩn biểu lộ kháng nguyên của vi sinh vật khác trên bề mặt, giúp kích thích đáp ứng miễn dịch trong cơ thể bằng cách mô phỏng vi sinh vật gây hại.

Các công đoạn tạo ra DNA tái tổ hợp để điều chế vaccine

Để tạo ra vaccine tái tổ hợp, công đoạn tạo DNA tái tổ hợp bao gồm các bước chính sau.

Chọn nguyên liệu

DNA dùng làm vector để chuyển gen thường là DNA plasmid hoặc DNA phage. Chúng chủ yếu được thu thập từ tế bào vi sinh vật, sau đó được tách và làm sạch theo phương pháp chiết tách DNA plasmid hoặc DNA virus. DNA chứa gen cần nghiên cứu (DNA ngoại lai) cũng được thu thập từ tế bào sinh vật, sau đó chiết tách, làm sạch và kiểm tra. Ngoài ra, có thể sử dụng DNA tổng hợp bằng phương pháp hóa học hoặc từ mRNA thông qua enzyme sao chép ngược theo cơ chế nuclease S1 hoặc kỹ thuật Gubler-Hoffman. Các enzyme dùng để cắt và nối DNA gồm enzyme restriction, kinase, enzyme ligase và alkaline phosphatase,...

Công đoạn cắt với enzyme RE (Restriction Endonuclease) loại II

RE loại II là các enzyme cắt hạn chế ở những vị trí cụ thể và được sử dụng trong công nghệ DNA tái tổ hợp vì có những ưu điểm như chúng chỉ có một kiểu hoạt tính cắt và không cần ATP, chỉ cần ion Mg. Các enzyme này nhận diện và cắt DNA tại các vị trí xác định, tạo ra các mảnh DNA với đầu bằng hoặc đầu dính. Hiệu quả cắt của enzyme giới hạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng enzyme, pH, nhiệt độ, môi trường đệm, ion kim loại và độ tinh khiết của DNA.

Công đoạn nối với enzyme DNA ligase

Bước tiếp theo là nối các đoạn DNA vào vector chuyển gen để tạo thành plasmid mang DNA ngoại lai. Quá trình nối được thực hiện nhờ enzyme DNA ligase. Enzyme này xúc tác phản ứng nối hai mảnh DNA bằng cách tạo liên kết phosphodiester giữa đầu 5’(P) và đầu 3’(OH) của hai nucleotide. Trong sinh học phân tử, DNA ligase hoạt động như chất keo phân tử để kết dính các mẫu DNA. Khi nối đầu bằng, hai đoạn DNA đứng cạnh nhau sẽ được enzyme ligase tạo liên kết phosphodiester. Hiệu suất nối đầu bằng thấp, nên nồng độ DNA thường phải tăng. Với trường hợp nối đầu lệch, các mảnh DNA đầu lệch có base bổ sung sẽ tiến lại gần nhau, tạo liên kết hydro giữa các base bổ sung. Sau đó, enzyme DNA ligase sẽ hình thành liên kết este giữa OH(3’) và P(5’), nối hai nucleotide lại với nhau.

Đánh giá về vaccine dạng tái tổ hợp

Vaccine tái tổ hợp là các chế phẩm sinh học được tạo ra từ vi sinh vật đã được làm giảm độc lực, không còn khả năng gây bệnh cho người sử dụng. Khi vaccine được đưa vào cơ thể qua các phương pháp khác nhau, nó có thể kích thích hệ miễn dịch tạo ra phản ứng phòng vệ. Cụ thể, khi cơ thể bị kích thích bởi kháng nguyên, hệ miễn dịch sẽ sản xuất ra một loại protein bảo vệ được gọi là kháng thể.

Vaccine sản xuất theo phương pháp này thường có giá thành cao và yêu cầu điều kiện bảo quản và vận chuyển nghiêm ngặt. Hiện nay, công nghệ DNA tái tổ hợp đã được áp dụng để sản xuất vaccine viêm gan B.

Vaccine tái tổ hợp là một bước đột phá trong công nghệ y sinh, mang lại giải pháp hiệu quả cho việc phòng ngừa nhiều bệnh lý nguy hiểm. Mặc dù chi phí sản xuất và yêu cầu bảo quản của loại vaccine này khá cao nhưng lợi ích mà nó mang lại cho sức khỏe cộng đồng là vô cùng to lớn. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển vaccine không chỉ giúp cải thiện khả năng phòng bệnh mà còn mở ra triển vọng mới trong cuộc chiến chống lại các dịch bệnh nguy hiểm trên toàn cầu.