Использование достижений генной инженерии в терапии Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

УДК 615.012.6 ББК 52.82

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОСТИЖЕНИЙ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ В ТЕРАПИИ

НИКУЛЬШИНА Л.Л., ПАНКОВА Е.Д. ФГБОУВО ЮУГМУМинздрава России, Челябинск, Россия e-mail: nika-ly@mail.ru

Аннотация

Статья посвящена основным направлениям генной инженерии в медицине и использованию достижений генной инженерии в терапии на современном этапе. Описаны способы получения рекомбинантных препаратов для профилактики, диагностики и лечения различных заболеваний. Показаны преимущества получения генно-инженерных препаратов над традиционными способами.

Ключевые слова: генная инженерия, рекомбинантные препараты, терапия.

Актуальность. В современной терапии бактерии служат не только возбудителями болезней, но и маленькими помощниками в профилактике, диагностике и лечении различных заболеваний. Они получили новые роли в животном мире с помощью генной инженерии. Примерами применения генной инженерии в терапии являются получение рекомбинантных препаратов, таких как инсулин, соматотропин, интерферон и вакцин, которые дорого и затруднительно получить "естественным" путем.

Цель работы. Рассмотреть основные направления генной инженерии в медицине и использование достижений генной инженерии в терапии на современном этапе.

Материалы и методы. В настоящее время имеется большое число публикаций, посвященных способам получения

рекомбинантных препаратов для профилактики, диагностики и лечения различных заболеваний. Проведен систематический качественный обзор публикаций по интересующей нас теме. Критериями отбора стали методические рекомендации, помогающие критически оценивать публикации [5]. Описаны способы получения рекомбинантных препаратов для профилактики, диагностики и лечения различных заболеваний. Показаны

преимущества получения генно-инженерных препаратов над традиционными способами.

Результаты исследования. Генная инженерия занимается получением новых комбинаций генетического материала с помощью переноса конструкций генов, созданных путем манипуляций с нуклеиновыми кислотами вне клетки, в живой организм, в

результате чего достигается получение новых свойств в клетке-реципиенте и передача последних потомству.

Как осуществляется получение нужных препаратов с помощью генной инженерии? Один из способов генной инженерии - это преобразование генетического материала бактерий. Для этого сначала получают изолированный ген с помощью ферментов, которые разрезают и сшивают нужные участки ДНК. Полученные гены вставляют в тРНК, с помощью которой получают рекомбинантную плазмиду. Данную плазмиду вводят в организм бактерии, которая продолжает расти и размножаться. Затем из бактериальной культуры отбирают особей с нужными свойствами и устраняют тех, кому нужные свойства не передались [3].

В первые годы основными объектами опытов генной инженерии были кишечная палочка (Е. соН) и одноименные бактериофаги в качестве векторов, по причине наиболее полной изученности этих микроорганизмов. С помощью этих микропредставителей животного мира целенаправленно конструировали новые типы векторных молекул и реципиентных клеток, прогнозируя свойства рекомбинантных молекул ДНК.

Со временем были разработаны целые системы клонирования рекомбинантных микроорганизмов, клеток растений и животных с целью использования в масштабах производства. Сегодня медицина получает продукты генной инженерии в промышленных масштабах.

Другой способ получения препаратов - это получение клеток-гибридов. Данная

гибридомная технология основана на слиянии В-лимфоцитов (плазмоцитов), полученных от гипериммунизированных животных-

продуцентов, и раковых (миеломных) клеток. Созданная гибридная клетка обладает возможностями к быстрому размножению (от миеломной клетки) и продуцированию антител к определенному антигену, использованному для иммунизации (от плазмоцита). Эти гибридомы выращивают в производственных масштабах в специальных аппаратах -культиваторах. Полученные моноклональные антитела используют в качестве диагностических тест-систем и для лечения онкологических заболеваний [1].

Один из самых современных и перспективных способов получения

рекомбинантных бактерий разработали учёные из лаборатории Микробиологической инженерии университета Китасато в Японии. Они из генома бактерий Streptomyces spp., которые уже давно используются в индустриальном производстве, удалили все "лишние" гены, оставив только "нужные" и превратили микроорганизмы в настоящую микроскопическую фабрику полезных веществ.

В природе Streptomyces spp. обитают в почве, но при определенных обстоятельствах могут выделять вещества, которые используются в медицине для лечения вирусных и грибковых инфекций, раковых опухолей. Данную вспомогательную функцию бактерий ученые называют вторичным метаболизмом. Японские учёные выделили участки генома, отвечающие за эту функцию, и удалили их. Кроме этого были удалены и другие гены, ответственные за побочные процессы в организме бактерий. Результатом данных операций стала "чистая" бактерия, в которой протекал только один "базовый" метаболический процесс, а ее геном сократился на 20%. В дальнейшем было изучено, что в эту маленькую фабрику можно встраивать только одну дополнительную функцию, но расход энергии, который на неё затрачивается, возрастает вместе с эффективностью выработки желаемого препарата, ради которого модифицировали геном.

Когда приемлем метод генной инженерии?

Перед введением в практику рекомбинантного препарата определяют целесообразность и экономичность способа его получения по сравнению с традиционным. В первую очередь оценивают доступность,

экономичность, затем смотрят на качество, новизну и безопасность проведения работ.

Сегодня метод генной инженерии единственный при получении препаратов, которые невозможно получить при культивации природных микроорганизмов, животных и растительных клеток в промышленных условиях. Например, малярийный плазмодий или возбудитель сифилиса почти не растут на искусственных питательных средах. Поэтому диагностические тест-системы получают с помощью синтеза генов, ответственных за синтез протективных антигенов, которые затем встраивают в легко культивируемые бактерии

[3].

Метод генной инженерии используют также в том случае, когда сырье для получения препаратов в обычных условиях будет трудно доступным или дорогостоящим. Примером тому является человеческий лейкоцитарный а-интерферон, получаемый из лейкоцитов донорской крови: из 1 литра крови только 2-3 дозы высоко концентрированного а-интерферона. Этого количества препарата не хватит даже на часть курса лечения онкологического больного, которому требуется сотни доз последнего. Поэтому массовое производство а-интерферона из крови затруднительно. Чтобы обойти данную проблему, данный препарат получают с помощью генной инженерии путем выращивания рекомбинантных штаммов E. coli или псевдомонад, в которых встроили ген, отвечающий за синтез а-интерферона [1].

До эпохи генной инженерии одну из важных проблем здоровья человека, связанную с нарушением работы желез внутренней секреции и приводящей к замедлению роста детей вплоть до карликовости, лечили введением препарата гормона роста (соматотропин), который получали из гипофиза умерших людей. Поэтому лечение не было доступно каждому из-за технических (из гипофиза получали небольшое количество гормона), финансовых

(экономическая затратность получения препарата - для лечения соматотропин нужно вводить пациенту 3 раза в неделю по 6-10 мг/кг с 4-5 лет до достижения половой зрелости, а из гипофиза одного умершего человека получают только 4-6 мг), этических (не все готовы принимать препарат, полученный от умерших людей) и медицинских (перенос заболеваний таких как синдром Клойцфельда-Якоби или коровьего бешенства, аллергические реакции)

проблем. Для справки, в 70-80 гг. XX века в США для лечения 1500 детей в год выделили гипофиз у 60000 трупов.

Сегодня проблема производства

соматотропина в достаточных количествах решена: его получают с помощью генной инженерии путем искусственного синтеза и внедрения гена, кодирующего образование гормона, в генетический материал E. coli. Данный способ получения лекарственного препарата не только экономически выгоден, но и безопасен для пациентов.

Один из основных препаратов для лечения сахарного диабета - инсулин можно получить двумя путями: извлечение из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней и генно-инженерным, когда рекомбинантный штамм кишечной палочки производит безопасный инсулин в достаточных количествах [4].

Также метод генной инженерии используют тогда, когда микроорганизмы, которых выращивают на производстве для изготовления диагностических тест-систем или вакцин, высоко патогенны и опасны для людей, работающих с ними. Например, при получении из вируса иммунодефицита человека диагностических тест-систем и разработки вакцин предпочитают не выращивание самого вируса, а получение необходимых антигенов (р24, gp41, gp120 и др.) путем выращивания рекомбинантных штаммов E. coli. или дрожжей, которые продуцируют данные белки [2].

Ещё одна сфера использования генной инженерии в терапии - это создание профилактических препаратов различных заболеваний - вакцин. Примером этому является рекомбинантная вакцина против вирусного гепатита В.

Существует еще одна разновидность вакцин - векторные. Их способ получения отличается от способа производства рекомбинантных вакцин. Для получения векторных вакцин также встраивают в плазмиды бактерий ген, кодирующий продукцию наиболее

иммуногенного антигена. Но кроме этого участка ДНК также встраивают генетические элементы, необходимые для экспрессии иммуногенного гена в клетках человека для

синтеза ответных антител. Полученную плазмиду вводят в культуру бактериальных клеток для получения достаточного количества копий. После этого плазмидную ДНК, которая будет служить вакциной, выделяют из культуры, очищают от примесей белков и других молекул ДНК и вводят в организм человека. Особенность векторных вакцин в том, что они состоят из плазмид бактерий и поэтому не встраиваются в ДНК хромосом человека.

Но получение генно-инженерных препаратов не обходится без своих минусов и определенных сложностей. Они состоят в том, что чтобы выявить рекомбинантный штамм продуцентов, нужно разработать многоэтапные

технологические процессы по получению и выделению целевых продуктов. Именно на разработку технологии получения гена, который вводят в штамм бактерий, его доклинические и клинические испытания используется основной поток финансирования. Кроме этого необходимо решить вопрос при получении веществ с помощью генной инженерии об идентичности заданного препарата и белка, вырабатываемого рекомбинантным штаммом-продуцентом. Иногда приходится проводить дополнительные манипуляции для придания получаемому продукту природного характера [2].

Выводы. Достижения генной инженерии активно используются в терапии на современном этапе. С помощью генной инженерии получают труднодоступные обычным путем или экономически невыгодные препараты, такие как инсулин, интерферон, соматотропин и др. Кроме того, генная инженерия используется при получении рекомбинантных вакцин, например, против вирусного гепатита В, а также в создании диагностических тест-систем для таких опасных инфекций как ВИЧ-инфекция. Основной метод получения профилактических и лечебных рекомбинантных препаратов - выделение нужного гена из клетки-донора и вживление его в клетку-реципиента (бактериальную или дрожжевую), а диагностических - метод гибридомных технологий.

Список литературы

1. Биотехнология: учеб. пособие для ВУЗов. В 8 кн. /под ред. Н. С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 1. Егоров Н. С. Проблемы и перспективы /Н.С. Егоров, А.В. Олескин, В.Д. Самуилов. -М.: Высш. шк., 1987. - 159 с.

2. Блюм Я.Б. Биотехнология в современном мире: польза и риски / Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. - 2002. - Т. 36, №1. - С. 59-80.

3. Глик Б. Контроль применения биотехнологических методов /Б. Глик, Дж. Пастернак. - М.: Мир, 2002. - 589 с.

4. Сахарный диабет: современные аспекты диагностики и лечения /М.И. Балаболкин [и др.]. - М., 2004. - 960 с.

5. Cook D.J. Translated, with permission of the American College of Physicians, from: Systematic reviews: Synthesis of best evidence for clinical decisions / D.J. Cook, C.D. Mulrow, R.B. Haynes //Ann. Intern. Med. - 1997. - № 126. - P. 376-380.

USE OF ACHIEVEMENTS OF GENE ENGINEERING IN THERAPY*

NIKULSHINA L.L. PANKOVA E.D. FSBEI HE SUSMUMOH Russia, Chelyabinsk, Russia e-mail: nika-ly@mail.ru

Abstract

The article is devoted to the main directions of genetic engineering in medicine and the use of genetic engineering achievements in therapy at the present stage. Methods for the preparation of recombinant drugs for the prevention, diagnosis and treatment of various diseases are described. The advantages of obtaining genetically engineered drugs over traditional methods are shown.

Keywords: genetic engineering, recombinant drugs, therapy.

* Научные руководители: к.м.н., ст. преп. Пешикова М.В., асс. Гаврилова Е.С.