Создание лекарственных препаратов с использованием генетически модифицированных организмов

Стариков Бтм-11

До середины 20 века фармацевтическая отрасль испытывала ряд серьезных трудностей. Во-первых, существенная проблема для создания многих жизненно важных лекарственных препаратов была связана с малой доступностью ресурсов. Например, для того, чтобы добыть гормон роста для лечения карликовости, людям приходилось выделять этот белок из гипофиза свиней. Но поскольку свиной гормон роста структурно отличается от человеческого аналога и обладает гораздо меньшей терапевтической активностью, некоторые браконьеры в погоне за прибылью ради получения ценного препарата были готовы лишать людей жизни. По этой причине в начале 20 века такие препараты возможно было приобрести исключительно на черном рынке за баснословную сумму.

Кроме того, препараты, выделенные из природных источников, содержали множество побочных веществ, часть из которых негативно сказывались на здоровье пациентов. Эти побочные соединения в процессе очистки препарата не от примесей не отсеивались, а попадали в готовое лекарство. В частности, вместе с гормоном роста в лекарство попадали белки прионы, которые постепенно поражали головной мозг пациента.

Также некоторые важные терапевтические белки, например, тромболитические ферменты, изначально добывались из яда змей. Разумеется, ловля змей с целью получения заветного лекарства – это очень опасное предприятие.

Но с развитием технологии рекомбинантной ДНК, когда стало возможным вырезать и встраивать нужные гены, стало возможным преодолеть проблемы, связанные с использованием ограниченных и даже опасных ресурсов, качеством, эффективностью и рыночной стоимостью получаемых препаратов. Гены человека научились встраивать в геном бактерий, дрожжей, клеток насекомых и млекопитающих, а также простейших. Например, человеческий инсулин и гормон роста стало возможно в больших количествах производить с использованием кишечной палочки и клеток пекарских дрожжей.

Организмы или отдельные клетки, в которых производятся ценные белки, называются системами экспрессии. Использование конкретной системы экспрессии зависит от сложности структуры лекарственного средства (в данном случае белка), поскольку важная задача на пути фармацевтов – это воспроизведение той сложной пространственной структуры, которая присуща белкам организма человека.

Белки небольшого размера с относительно примитивной трёхмерной структурой, такие как инсулин, гормон роста, интерферон, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, получают в клетках кишечной палочки. Этот организм является наиболее изученным объектом генетической инженерии, иногда кишечную палочку называют «рабочей лошадкой» биотехнолога. Это связано с широтой ее применения в области науки и производства.

Кишечная палочка (E.coli) в качестве объекта фармацевтической биотехнологии отличается следующими важными особенностями. Она способна в кратчайшие сроки производить большое количество лекарственного средства, технология на основе E.coli отличается простотой и удобством в работе с производственными штаммами, которые отличаются широкой коммерческой доступностью и большим многообразием. Кроме того, культивирование E.coli позволяет использовать относительно недорогое оборудование и питательные среды. Но тем не менее, кишечная палочка не «всесильна» и не способна качественно производить белки со сложной пространственной структурой, такие как иммуноглобулины (антитела). Это связано с тем, что ее ферментная система (аппарат производства белка) очень сильно отличается от человеческой.

По этой причине, для создания более сложных белковых молекул используются организмы и клеточные культуры, которые эволюционно и биохимически более близки к организму человека. Например, дрожжи, которые являются эукариотами, способны производить более широкий спектр терапевтических белков. В отличие от бактерий, пекарские дрожжи могут продуцировать белки в растворимой форме, что значительно упрощает проведение последующих этапов производства готового лекарственного препарата. Дрожжи также обладают высокой скоростью роста, правда, значительно уступают в этом кишечной палочке. Технологии на основе дрожжей также являются относительно недорогими. Белки, произведенные в дрожжах биохимически ближе к тем белкам, которые создаются клетками нашего тела. Однако белки, созданные в дрожжах, могут обладать повышенной аллергенностью.

Некоторые лекарственные препараты создаются на основе белков, которые производят в специальных клеточных линиях на основе клеток млекопитающих (клетки яичника китайского хомячка), а также клеток человека (эмбриональные клетки). Чтобы произвести белок в клетках млекопитающих, необходимо использовать очень дорогое оборудование и строго соблюдать стерильные условия, необходимые для нормального роста таких клеточных линий. Разумеется, использовать такие клетки для производства инсулина будет, по меньшей мере, нерентабельно, а вот для производства антител, структура которых очень уникальна, они активно используются. Практически все антитела в мире в настоящее время производится с использованием клеток яичника китайского хомячка, которые растут в виде суспензии (в жидкой питательной среде) и секретируют белок наружу. Благодаря этому, технологам не приходится затрачивать дополнительное время на разрушение клеток и извлечение из них белка.

Стоит отметить, что все описанные выше организмы и клеточные линии являются генетически модифицированными, поскольку за производство белков отвечает чужеродный (человеческий) ген. Но несмотря на все предрассудки вокруг использования ГМО, на мой взгляд, такие препараты являются колоссальным прорывом в области медицины и позволят спасать тысячи жизней по всему миру. Такие лекарства с развитием технологий станут более доступными для потребителя в связи со снижением себестоимости продукции, а качество, эффективность и безопасность таких препаратов может поддерживаться на высоком уровне.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте