Voorbeeld industriële biotechnologie: vaccins

Mensen en dieren verdedigen zichzelf tegen "vreemde" virussen, bacteriën, schimmels en andere vaak toxische stoffen met behulp van het immuunsysteem. Antilichamen spelen in dit immuunsysteem een belangrijke rol doordat deze specifiek de lichaamsvreemde stof (het antigeen) herkennen en elimineren.

Antilichamen

Indien een lichaamsvreemde stof voor de eerste keer in het bloed voorkomt, worden ze door speciale cellen, de macrofagen, opgenomen. De macrofagen zullen de virussen of de bacteriën voor het grootste gedeelte vernietigen. Een deel zal echter het oppervlak van de macrofaag bezetten en de lymfocieten zullen aangezet worden antilichamen te maken. Nadat die antilichamen aan het antigeen gebonden zijn, wordt het antigeen onschadelijk gemaakt, bijvoorbeeld doordat het neerslaat, het afgeschermd is door de antilichamen of doordat het aangeboden wordt aan macrofagen waardoor ze onschadelijk gemaakt worden. Bij een eerste infectie is het tempo waarmee antilichamen aangemaakt worden niet zo hoog. Het kost enkele dagen om voldoende antilichamen te vormen bij zo'n eerste blootstelling. Bij een volgende infectie is de reactie veel sneller, omdat de eerste keer zogenaamde geheugencellen aangemaakt worden. Bij een eerste keer zullen door die trage reactie vaak zeer ernstige ziekteverschijnselen waarneembaar zijn.

Vaccins

Resistentie is ook op te wekken door vaccinatie. Het antigeen wordt dan geïnjecteerd waardoor de immuunrespons plaats vindt. Het ingebrachte antigeen wordt dan wel op zodanige wijze verzwakt dat het niet meer de ziekte kan veroorzaken. Het vaccin bevat dan de dode of verzwakte ziekteverwekkende bacteriën of virussen. Op deze manier zijn er veel vaccins ontwikkeld tegen ziektes. Bacteriële vaccins zoals die tegen cholera, kinkhoest, typhus en paratyphus bestaan uit de afgedode bacteriën. Het vaccin tegen tuberculose bevat echter afgezwakte maar nog levende tuberculose bacteriën. Voorbeelden van virus-vaccins zijn de vaccins tegen pokken, mazelen en polio.

Vaccinproductie

Voor de productie van virusvaccins wordt gebruik gemaakt van dierlijke cellen. Cellen uit een weefsel van een dier worden met trypsine behandeld. Hierdoor laten de cellen los. De op deze manier verkregen celsuspensie kan vergelijkbaar met bacteriën gekweekt worden. Daarnaast wordt ook gebruik gemaakt van virussen die gekweekt zijn in embryo's van kippeëieren. Het kweken van dierlijke cellen in flessen of een fermentor wijkt om verschillende redenen af van het kweken van micro-organismen. De media waarin de cellen gekweekt worden, zijn veel complexer. Allerlei aminozuren, hormonen en vitaminen moeten toegevoegd worden om celgroei te laten plaats vinden. Vaak wordt aan deze media dierlijk serum toegevoegd. Een nadeel van het toevoegen van serum vormen de kosten. Bij het ontwerp van fermentoren voor het kweken van dierlijke cellen moet rekening gehouden worden met het feit dat dierlijke cellen zwak zijn en hierdoor snel vernietigd worden. Dierlijke cellen zijn zo zwak omdat ze geen celwand hebben. Met name bij het toevoegen van zuurstof (beluchten) bestaat het risico dat deze cellen afsterven. Beluchten gaat gepaard met zoveel beweging dat de cellen beschadigd kunnen worden. Het ontwerpen van fermentoren wordt hierdoor veel moeilijker.

Testen van vaccins

Bij al deze bewerkingen is het van groot belang dat er nauwkeurig gewerkt wordt. Omdat het vaccin direct in het bloed gebracht wordt, moet het vaccin zeer zuiver en steriel zijn. Met het oog op die veiligheid is de kwaliteitscontrole dan ook zeer groot. De ontwikkeling van vaccins is een kostbare aangelegenheid. Er moet niet alleen een productieproces ontwikkeld en opgeschaald worden, maar het vaccin moet ook uitgebreid getest worden op de werkzaamheid, veiligheid en stabiliteit. In eerste instantie worden hiervoor dierproeven gebruikt, later worden ook klinische tests bij mensen uitgevoerd.