亚单位疫苗（有时称为无细胞疫苗）不是注射完整的病原体来触发免疫反应，而是含有纯化的病原体片段，这些片段经过特别挑选，具有刺激免疫细胞的能力。因为这些片段不会引起疾病，亚单位疫苗被认为是非常安全的。有几种类型： 蛋白质亚单位疫苗含有从病毒或细菌病原体中分离出的特定蛋白质；多糖疫苗含有在某些细菌的细胞壁中发现的糖分子链（多糖）；结合亚单位疫苗将多糖链与载体蛋白结合，以尝试增强免疫反应。亚单位疫苗已经被广泛使用，例子包括乙型肝炎和无细胞百日咳疫苗（蛋白质亚基）、肺炎球菌多糖疫苗（多糖）。
亚单位疫苗含有来自病原体的蛋白质片段和/或多糖，已对其进行仔细研究以确定这些分子的哪些组合可能产生强烈而有效的免疫反应。通过以这种方式限制免疫系统接触病原体，可以最大限度地降低副作用的风险。这种疫苗也相对便宜且易于生产，并且比包含完整病毒或细菌的疫苗更稳定。
亚单位疫苗的缺点是用于引发免疫反应的抗原可能缺乏称为病原体相关分子模式的分子结构，这对于一类病原体是常见的。这些结构可以被免疫细胞读取并识别为危险信号，因此它们的缺失可能会导致免疫反应减弱。此外，由于抗原不感染细胞，亚单位疫苗主要只触发抗体介导的免疫反应。同样，这意味着免疫反应可能比其它类型的疫苗弱。为了克服这个问题，亚单位疫苗有时会与佐剂一起提供，并且可能需要加接种。
亚单位疫苗是使用活生物体制备的，例如细菌和酵母，它们需要在其上生长的基质，并且要求严格，以避免被其它物质污染。这使得它们的生产成本高于合成性疫苗，例如 RNA 疫苗。精确的生产方法取决于所生产的亚单位疫苗的类型。蛋白质亚单位疫苗，如重组乙型肝炎疫苗，是通过将抗原的遗传密码插入酵母细胞制成的，酵母细胞相对容易生长并能够合成大量蛋白质。酵母在大型发酵罐中生长，然后裂解，收集抗原。之后将这种纯化的蛋白质添加到其它疫苗成分中，例如增强免疫反应的佐剂。对于多糖或结合疫苗，多糖是通过在工业生物反应器中培养细菌产生的，然后将它们裂解，并从细胞壁中收获多糖。在结合疫苗的情况下，多糖所附着的蛋白质也必须通过在不同的生物反应器中培养不同类型的细菌来制备。一旦蛋白质被收获，它们就会与多糖发生化学反应，然后添加剩余的疫苗成分。
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