Генная инженерия — это экспериментальная наука, изучающая закономерности конструирования in vitro и поведение в реципиентной клетке функционально активных молекул рекомбинантной ДНК.
Объектом исследования генной инженерии являются гены — отрезки ДНК, кодирующие синтез тех или иных белков.
Принцип создания генно-инженерных вакцин заключается в том, что интересующий нас ген (ответственный за синтез иммунного белка вируса) «вырезают» из ДНК вируса с помощью ферментов (рестриктаз) и встраивают, используя ферменты (лигазы), в ДНК вектора (например, в плазмиду Е. coli — это автономная кольцевая ДНК из 4—6 тыс. пар нуклеотидов, способная размножаться в клетках E. coli). Затем эту рекомбинантную ДНК вводят в клетки Е. coli, в которых рекомбинантная ДНК размножается (реплицируется) и происходит экспрессия встроенного гена, т. е. синтез соответствующего белка (кодируемого встроенным геном вируса).
Бактериальные клетки Е. coli культивируют в питательной среде, и происходит «наработка» иммуногенного белка вируса, который выделяют и после соответствующей очистки используют в качестве материала для вакцины. Однако необходимо отметить, что многие вирусные белки, успешно синтезированные в микроорганизмах, имеют очень низкую иммуногенную активность. Причина этого в особенностях формирования структуры вирусных белков. Как правило, они гликозилированы, имеют сложную третичную или четвертичную структуру. Так, гемагглютинин вируса гриппа находится в вирионе в виде тримера, который образуется из мономерных полипепдидов в клетках животных. Получить in vitro такую функционально активную структуру гемагглютинина не удается. Иммуногенность гемагглютинина в вирионе в несколько тысяч раз выше, чем мономерного полипептида, синтезированного в бактериях.
При получении генно-инженерных вакцин в качестве векторов кроме плазмид используют фаги, дрожжи, вирусы животных (вирус осповакцины, аденовирусы, бакуло- и герпесвирусы).
Наибольший эффект получен с вирусом осповакцины, используемым в качестве вектора. Этот вирус имеет большой геном (около 187 тыс. пар нуклеотидов). Из него можно удалить значительный участок (около 30 тыс. пар нуклеотидов), который не является жизненно необходимым для репродукции этого вируса в клетках, а на его место встроить чужеродные гены тех вирусов, против которых получают вакцину. Полученные при этом рекомбинантные ДНК способны размножаться в организме привитых и индуцировать образование иммунитета не только против оспы, но и против того вируса, чей ген встроен в его геном. Использование вируса осповакцины в качестве вектора для вакцинации имеет ряд преимуществ: способность размножаться в клетках животных многих видов; экспрессировать несколько генов; индуцировать гуморальный и клеточный иммунитеты; термостабильность; экономичное производство и легкость применения. Выявленные ранее недостатки у вируса осповакцины, связанные с реактогенностью, были в основном устранены с помощью генетических манипуляций. Возможность включения нескольких генов, кодирующих соответствующие иммуногены, дают возможность вакцинировать животных одновременно против нескольких вирусных болезней. Однако необходимо иметь в виду, что индивидуумы, уже иммунные к вирусу осповакцины, при вакцинации рекомбинантным вирусам не дают эффекта ввиду отсутствия его приживаемости.
В последние годы получены профилактические препараты из рекомбинантного штамма вируса осповакцины, содержащего гены, кодирующие поверхностные гликопротеиды вирусов гриппа, бешенства, респираторно-сицитиального, болезни Ауески, инфекционного ринотрахеита крупного рогатого скота и др.