• Учебник По Медицинской Биотехнологии Орехов
• Учебник По Медицинской Биотехнологии Скачать
• Учебник По Медицинской Биотехнологии Читать Онлайн

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» Кафедра ТПП и БТ Реферат на тему: «Биотехнологии в медицине» Выполнила: студентка группы 3.28 Гришина Ю.А. Проверила: Найденко Е.В. Иваново 2012 Биотехнология медицинская — технология получения продуктов, необходимых для профилактики и лечения заболеваний, из живых клеток различного происхождения. Термин «биотехнология» появился в 70-х гг. И объединил ранее употреблявшиеся понятия «промышленная микробиология», «техническая биохимия» и др.

Учебник создан в соответствии с требованиями Федерального. Ферментов медицинского происхождения и других биотехнологических препаратов. Жанр: Микробиология Формат: DjVu Качество: Отсканированные страницы Описание: Книга «Молекулярная биотехнологи. Учебник «Молекулярная биотехнология» построен таким образом и написан таким языком, что им могут пользоваться студенты-биологи, химики и даже будущие врачи. По каждой теме даются ссылки на работы, в которых представлены оптимальные методики конструирования рекомбинантных организмов, исследования их функционирования, определения качества и количества целевых продуктов. Текст прерывается вставками, названными «Важная веха».

Основы медицинской Б. Были заложены в 40-х гг. Разработкой промышленного производства пенициллина. Затем были найдены продуценты и налажено промышленное получение других антибиотиков. В ряде случаев выход антибиотиков удалось существенно повысить, создав высокопроизводительные мутантные штаммы продуцентов.

Ряд антибиотиков в настоящее время производится полусинтетическим способом биоконверсии, в соответствии с которым грибы или микроорганизмы осуществляют лишь некоторые ключевые стадии модификации молекулы лекарственного вещества. Этот способ успешно применяют и в производстве препаратов стероидных гормонов — глюкокортикоидов и половых гормонов. Для производства интерферона, вирусных антигенов используются клетки человека, культивируемые в искусственной среде. Клонированные гены и другие участки ДНК человека, а также искусственно синтезированные участки генов,полученные с помощью биотехнологических подходов, уже нашли практическое применение при выявлении носительства патологических генов и диагностике некоторых наследственных болезней человека, в т.ч. И дородовой диагностике. Поставлена и активно разрабатывается на экспериментальных моделях проблема лечения наследственных болезней путем пересадки нормального гена в клетки больного человека. Важнейшей для медицинской Б.

Областью стала клеточная инженерия, в частности технология получения моноклональных антител, которые продуцируются в культуре или в организме животного гибридными лимфоидными клетками — гибридомами. Технология получения моноклональных антител оказала большое влияние на фундаментальные и прикладные исследования в области медицины и на медицинскую практику. На их основе разработаны и применяются новые системы иммунологического анализа — радиоиммунологический и иммуноферментативный анализ.

Они позволяют определять в организме исчезающе малые концентрации специфических антигенов и антител. Большое значение моноклональные антитела приобрели для типирования тканевых антигенов (прежде всего антигенов класса HLA) при подборе наиболее подходящих доноров для трансплантации органов и тканей. Моноклональные антитела к специфическим опухолевым антигенам или определенным белкам, появляющимся при наличии опухолей, играют большую роль в ранней диагностике опухолей и их метастазов, позволяют контролировать эффективность терапии. Эти антитела, иммобилизованные на нерастворимом инертном носителе, могут быть весьма эффективны для избирательного удаления из кровотока ядовитых соединений, при интоксикациях. С помощью иммобилизованных моноклональных антител получают также такие препараты, как, например, интерферон, в промышленных масштабах.Особенно ярко новейшие успехи биотехнологии проявляются в практической медицине главным образом потому, что их рас­пространение из лабораторий в промышленность, а затем и в клинику происходит в последние годы удивительно быстро.

Так, первые публикации об экспрессии гена инсулина человека в Е. Со li появились в 1979 г. Полученный на основе рекомбинантных ДНК инсулин человека был испытан на добровольцах, не страдающих диабетом, в 1980 г., а уже в 1981 г. Велись раз­вернутые клинические испытания. Крупные открытия в науке обычно делаются при разработ­ке фундаментальных проблем. Последние достижения биотехнологии, нашедшие применение в самых важных отраслях медицины, оказывают и будут оказывать революционизирующее воздейст­вие на диагностику, лечение и понимание основ патологии мно­гих тяжелых заболеваний.

1.Немодифицнрованные и мутантные клетки и синтезируемые ими соединения 1.1 Антибиотики Можно считать, что клиническая биотехнология зародилась с началом промышленного производства пенициллина в 40-х гг. И его использования в терапии. По-видимому, применение этого первого природного пенициллина повлияло на снижение забо­леваемости и смертности больше, чем какого-либо другого пре­парата, но, с другой стороны, поставило ряд новых проблем, которые удалось решить опять-таки с помощью биотехнологии.

Во-первых, успешное применение пенициллина вызвало боль­шую потребность в этом лекарственном препарате, и для ее удовлетворения нужно было резко повысить выход пеницилли­на при его производстве. Во-вторых, первый пенициллин —О (бензилпенициллин) —действовал главным образом на грамположительные бактерии (например, Streptococci и Staphylococci ), а нужно было получить антибиотики с более широким спектром действия и/или активностью, поражающие и грамот-рицательные бактерии типа Е.

С oli и Р seudomonas. В-третьих, поскольку антибиотики вызывали аллергические реакции (чаще всего незначительные, вроде сыпи на коже, но иногда и тяже­лые, угрожающие жизни проявления анафилаксии), необходи­мо было иметь целый набор антибактериальных средств, с тем чтобы можно было выбрать из равноэффективных препаратов такой, который не вызывал бы у больного аллергию. В-четвер­тых, пенициллин нестабилен в кислой среде желудка и его нельзя назначать для приема внутрь. Наконец, многие бакте­рии приобретают устойчивость к антибиотикам. Классический пример тому — образование стафилококками фермента пенициллиназы (правильнее, β-лактамазы), который гндролизует амидную связь в β-лактамном кольце пенициллина с образова­нием фармакологически неактивной пеннциллоиновой кислоты (рис.1). Рис.1 Увеличить выход пенициллина при его производстве удалось в основном благодаря последовательному использованию серии мутантов исходного штамма Penicillium chrysogenum(получен­ных в результате воздействия УФ – и рентгеновского облучения, азотистого иприта и в результате спонтанного мутагенеза), а также путем изменения условий выращивания.

Были выделе­ны новые антибиотики, эффективные в случае грамотрицательных бактерий: стрептомицин, синтезируемый нитчатыми бакте­риями ( Actinomycetes ) рода Streptomycetes, и цефалоспорин, продуцируемый плесневым грибом Cephalosporium. Хотя цефалоспорины и относятся к β-лактамным антибиотикам, содержа­щим β-лактамное ядро, аналогичное таковому у пенициллинов, по своему строению они существенно отличаются от последних, что позволяет назначать их больным, у которых пенициллин вызывает аллергию (рис. Путем замещения боковой цепи природной β-лактамной мо­лекулы получено множество полусинтетических антибиотиков с новыми свойствами: с другим спектром действия, чувствительностью к пенициллиназе и содержимому желудочно-кишечного тракта и т. Вначале бензильную группу пенициллина G удаляли химическими методами с образованием G-аминопенициллановой кислоты, но если в культуральную среду ввести бактерии, образующие амидазы, то это превращение можно осуществить и биологическим путем.

Так, ампициллин (рис.1) является полусинтетическим производным бензилпенициллина, отличающимся от него всего лишь наличием добавочной ами­ногруппы в боковой цепи. Тем не менее он активен при пероральном введении и действует на широкий круг бактерий, в том числе на некоторые грамотрицательные, вызывающие заболева­ния органов дыхания ( Haemophilus influenzae ), пищеварения ( Schigella и Salmonella ) и выделения (Е. С oli, Proteus ).

Устой­чив к кислоте и клоксациллин (рис. 8.1), и к тому же он не разрушается β-лактамазами. Его часто назначают вместе с ам­пициллином тем больным, у которых обнаружены стафилокок­ки, синтезирующие пеницнллиназу, или же при «госпитальных инфекциях», когда наличие таких ферментов весьма вероятно. Культуры других клеток Другими примерами использования интактных клеток с неиз­мененным геномом для производства лекарственных препаратов могут быть синтез интерферона культивируемыми клетками лимфобластомы (процесс Wellcome Foundation) и вирусных антигенов для выработки вакцин при выращивании клеточных культур на инертных микроносителях. Различные варианты биоконверсии Микроорганизмы используются и на отдельных стадиях синте­за лекарственных веществ, который ранее осуществлялся пу­тем многоступенчатых и дорогостоящих химических реакций. Так, один из штаммов хлебной плесени, Rhizopus arrhizus, на начальном этапе синтеза производного стероида, кортизона, может гидроксилировать прогестерон по 11-му положению. Применение подобной стратегии биоконверсии наряду с тради­ционными химическими превращениями позволило получать многие стероиды более простыми и дешевыми способами на ос­нове стерол содержащего растительного сырья.

Именно благода­ря этому такие стероиды, как преднизон, дексаметазон, тесто­стерон я эстрадиол, могут сегодня широко применяться в кли­нике. Некоторое представление об исключительной важности этих веществ в терапии можно получить, ознакомившись с табл. 1, где перечислены основные области применения сте­роидов.

Модифицированные клетки и образуемые ими вещества 2.1. Моноклинальные антитела Еще до разработки технологии гибридом, позволившей полу­чать гомогенные антитела, большое влияние на развитие кли­нической медицины оказали «обычные» антитела.

Отметим, что наработка подходящих антител всегда осложнялась непредска­зуемостью иммунного ответа, и их титр, как и перекрестные ре акции, варьировали от животного к животному и от одной пар­тии сыворотки к другой. Это определялось тем, что данный ан­тиген вызывает образование целого набора антител.

В основу метода получения практически неограниченного количества го­могенных антител, которые находят самое широкое применение, легла фундаментальная работа Кёлера и Мильштейна, выпол­ненная в начале 70-х г. Рассмотрим несколько примеров. Иммунологический анализ Разработка Ялоу и Берсоном метода радиоиммунологического анализа (РИА) оказала глубочайшее влияние на многие обла­сти клинической медицины и науку вообще.

Он позволяет оп­ределять очень небольшие количества вещества путем вытеснения меченного радиоактивным изотопом антигена из комплекса со специфическим антителом при добавлении все возра­стающего количества немеченого испытуемого или стандартно­го антигена. Особенно ярко достоинства метода проявились в эндокринологии, так как «рабочая» концентрация гормонов обычно очень невелика, а определение их при помощи биологи­ческих методов анализа -долгая, утомительная, иногда попро­сту неосуществимая процедура. Анализируемые вещества бы­вают нестабильны даже вне условий анализа, а при анализе их нередко приходится концентрировать; кроме того, они со­держат примеси, которые могут обладать биологической ак­тивностью, сходной с таковой у изучаемого гормона. Так, инсулиноподобные факторы роста, соматомедины, можно опреде­лять биологическими методами, но они не инактивируются ан­тисыворотками против инсулина. Приведем лишь один пример гормона, определение которого с помощью радиоиммунологнческого анализа открыло принципиально новые возможности: это пролактин. Применяя быстрый и относительно простой способ его определения при помощи РИА в плазме большого числа пациентов и здоровых добровольцев, удалось установить, что повышенное содержание пролактина в плазме ассоциировано с наличием наиболее распространенного типа опухолей перед­него отдела гипофиза (пролактиномы), а нередко и с индуци­руемыми пролактином галактореей и аменореей (отсутствием менструаций), а также иными нарушениями менструального цикла.

Сегодня определение содержания пролактина стало важной частью исследований бесплодия и аменореи. Приблизи­тельно у 20% женщин с аменореей обнаруживается повышен­ное содержание пролактина в плазме, причиной которого может быть опухоль гипофиза, прием лекарств, вызывающих повышение уровня пролактина, и т. Моноклональные антитела уже используются в коммерческих наборах для проведения радиоиммунологического анали­за, и их доступность позволила предложить альтернативные методы анализа, когда используется избыток меченых антител (иммунорадиометрический анализ). Эти методы иногда обла­дают большей чувствительностью. Иммуногистохимия Меченые антитела могут использоваться для изучения распре­деления антигенов в срезах тканей с помощью как светового, так и электронного микроскопа. При работе по общепринятому «сэндвич-методу» на срез наносят немеченые специфические антитела, отмывают их избыток, а затем добавляют антитело против иммуноглобулина (обычно несущее флуоресцентную метку или связанное с ферментом). Таким образом осуществ­ляется непрямое мечение изучаемого антигена.

В биологиче­ских исследованиях и в медицине применение этого метода ока­залось исключительно плодотворным. Одним из примеров ис­пользования обычных поликлональных антисывороток может быть топографическое картирование различных типов клеток в тканях, например островков Лангергаиса. Иммуногистохимические опыты с применением различных антисывороток пока­зали, что содержащие инсулин В-клетки располагаются в цент­ральной части островков, а секретирующие глюкагон А-клетки — на их периферии.

На стыке двух слоев располагаются D-клетки, образующие соматостатин. Возможно, такое взаимо­расположение клеток имеет функциональное значение. Примером современного метода использования моноклональных антител для гистопатологической диагностики заболе­ваний человека может быть анализ биоптатов (образцов тка­ни) лимфатических узлов как способ определения типа опухо­лей лимфатической системы (например, болезни Ходжкина, различных лимфом и др.). Методы нммуногистохимии находят также применение в диагностике для определения природы клеток, давших начало опухоли, по типу содержащегося в них антигена. Типирование подлежащих пересадке тканей Гуморальные и клеточные реакции, ответственные за оттор­жение тканей и органов при межвидовой их пересадке или же при пересадке пациенту, не состоящему в родстве с донором, направлены в основном против так называемых антигенов ги-стосовместимости, расположенных на поверхности клеток. Впервые эти белки были открыты при изучении антигенов лей­коцитов человека (НLА).

Кодирующие их гены расположены на 6-й хромосоме. Эти поверхностные маркеры играют ключе­вую роль в узнавании организмом «своих» и «чужих» клеток. Предварительный подбор Н-гаплотипов донора и реципиента существенно улучшил результаты операций по пересадке орга­нов. Четыре из пяти главных локусов (А, В, С и Gr) комплек­са генов НLА (рис.2) кодируют серологически определенные антигены, т. Типируемые при помощи антител. В отличие от них локус D отвечает за пролиферативный ответ культуры при смешивании лимфоцитов, хотя он может быть таким же, как в случае локуса Dr. Гены каждого локуса исключительно поли­морфны: одному антигену соответствует до тридцати аллелей.

Типирование НLА-комплекса у пациентов можно существенно улучшить путем применения моноклональных антител против различных антигенов комплекса НLА, так как это повышает надежность и воспроизводимость результатов. Антигены НLА связаны также с некоторыми заболевания­ми. Изучение частоты встречаемости их у населения позволило выявить, что некоторые болезни возникают чаще в группах с определенными специфическими гаплотипами НLА.

Так, сте­пень риска возникновения целиакии составляет около 73 для гаплотипа ИЗ, а ревматоидного артрита — 4 для D4, т. Эти заболевания встречаются соответственно в 73 или 4 раза чаще у лиц, обладающих этими антигенами, чем у тех, кто этих ан­тигенов не имеет. Таким образом, НLА-типированне позволяет оценить вероятность возникновения определенного заболевания в конкретной популяции и способствует осуществлению мер по идентификации и предотвращению болезнен (там, где такие ме­ры предпринимаются). Диагностика злокачественных новообразований и наблюдение за ними Известны несколько специфических опухолевых маркеров, ко­торые с успехом используются в диагностике, прогнозировании и выявлении распространения опухолей (т. Не­которые из них обнаруживаются в крови (обычно с помощью метода радиоиммунологического анализа), а другие находят в препаратах опухолей.

Так, α-фетопротеин является главным белком сыворотки плода; его содержание уменьшается в те­чение первого года жизни. Определяя содержание α-фетопротеина в плазме при помощи метода РИЛ, удалось установить, что оно повышается у многих больных с гепатомой (рак пече­ни) и при раке семенников (тератоме). У многих больных, страдающих раком прямой кишки, в плазме отмечается повы­шенное содержание карциноэмбрионального антигена. Дальней­шее его увеличение может служить указанием на неэффектив­ность химио- или лучевой терапии. Помимо того что моноклональпые антитела применяются как специфические реагенты в стандартных тестах, они могут использоваться и для идентификации новых, более специфиче­ских маркеров опухолей.

Так, Ритсу и его сотр. (Ritz et al., 1980) удалось получить моноклональные антитела к антигену клеток при остром лимфолейкозе человека. Были также выделены гомогенные антитела к клеткам злокачественной меланомы человека (одна из разновидностей рака кожи), которые не давали перекрестной реакции с нормальными клетками кожи. Введение радиоактивных и флуоресцентных меток в опухоле- специфичные антитела, вероятно, облегчит выявление метаста­зов и оценку первичных реакций опухолей в ходе лечения как in vivo, так и при анализе препаратов, полученных при биоп­сии. Развитию новых способов лечения может спо­собствовать направленное введение лекарственных препаратов, присоединенных к антителам против данных опухолей. Направленное введение лекарственных препаратов Моноклональные антитела могут найти применение для вве­дения лекарственных веществ и токсинов в определенную часть тела (например, опухоль) либо путем их непосредственного присоединения к таким веществам, либо путем связывания с поверхностью липосом, содержащих внутри такие вещества. Были получены комплексы антител к поверхностным анти­генам раковых клеток со многими неспецифичными противора­ковыми средствами, но далеко не всегда они оказывались эф­фективными.

Вероятно, наиболее многообещающим является использование сильнодействующих растительных и бактериаль­ных токсинов, одна молекула которых, как принято считать, может вызвать гибель клетки. Молекулы токсина дифтерии и рицина образованы двумя полипептидными цепями, связанны­ми дисульфидными мостиками. Цепь В связывается с клеточ­ной поверхностью, а цепь А, обладающая ферментативной ак­тивностью, проникает внутрь клетки и нарушает работу ме­ханизма биосинтеза белка. Были предприняты попытки заме­нить В-цепь токсинов специфическими антителами, преимуще­ственно гомогенными.

Недавно был получен препарат моно-клональных антител к антигену раковых' клеток прямой кишки, ассоциированных с А-цепью токсина, который избирательно действует на эти клетки в культуре. Получен ассоциат липосом, содержащих метатрексат (инги­битор дигидрофолатредуктазы, противораковое средство), и моноклональных антител к антигенам гистосовместимости мышей.

Было показано, что он оказывает специфическое влияние на клетки селезенки. Надо сказать, что исследования по направ­ленному введению лекарственных веществ, содержащихся в липосомах, только начинаются. Передозировка лекарств Антитела против лекарственных препаратов, например дигоксина, могут оказаться полезными для снятия последствий его передозировки, хотя сегодня и не ясно, нужно ли применять их экстракорпорально, связанными с твердым носителем, через который циркулирует кровь, или же вводить в кровоток. Получение важных для медицины веществ Примером использования моноклональных антител для очист­ки и крупномасштабного производства важных для медицины веществ может быть работа Секера и Берке (Secher,Burke, 1980).

Им удалось ковалентно пришить мышиное моноклональное антитело против лейкоцитарного интерферона человека к твердому носителю — сефарозе. С помощью полученного таким образом специфического иммуноадсорбента удалось за один цикл очистить в 5000 раз лимфобластоидный интерферон. Важ­ное преимущество этого способа заключается в том, что для производства антител требуется очень немного частично очи­щенного антигена, поскольку разработаны методы отбора и клонирования искомого гибрида. Технология рекомбинантных ДНК Общеизвестно, что разработка методов изменения генетическо­го аппарата клеток, позволяющих вводить в них чужеродные гены, клонировать их, экспрессировать и получать нужные про­дукты, совершила настоящую революцию в биологии.

Эти до­стижения находят самое широкое применение и в медицине. Белки и пептиды, доступные совсем недавно лишь в очень не­большом количестве, сегодня предполагается производить в массовом масштабе и использовать для лечения многих боль­ных. Вот несколько тому примеров. Инсулин Сегодня 1—2% населения Англии, Европы и США страдают диабетом, и приблизительно 20% этих больных не могут су­ществовать без инъекций инсулина.

Со времени проведения первых опытов по использованию инсулина для лечения диабе­та в 1922 г. Этот гормон выделяли из поджелудочной железы животных (коров или свиней). Существует несколько причин, по которым целесообразна разработка методов крупномасштаб­ного производства и выпуск на рынок инсулина человека: среди них и коммерческие соображения, и эмоциональные факторы, и потребности развития науки, и возможные преимущества при лечении. Инсулин как коров, так и свиней немного отличается по аминокислотной последовательности от инсулина человека. Особенно близки инсулины человека и свиньи: у последнего лишь С-концевой треонин В-цепи заменен на аланин. Инсулины ко­ровы и человека различаются по трем аминокислотным остат­кам, и именно этими различиями определяется повышенная иммуногенная активность инсулина коровы по сравнению с ин­сулином свиньи.

Почти у всех больных, которых лечат обычным методом, т. Вводят им инсулин коровы, в крови появляются антитела к инсулину.

Антигенные свойства инсулина частично определяются и примесями в его препаратах. Скорее всего именно образованием антител к инсулину объясняются некото­рые незначительные побочные эффекты при инъекциях инсу­лина коровы, например атрофия подкожной жировой прослой­ки в месте повторного введения. В случае высокоочищенного инсулина свиньи эти эффекты отсутствуют. Далее, антитела к инсулину инактивируют его в кровотоке, так что больному приходится вводить большие дозы, чем это необходимо. Анти­тела, вероятно, влияют и на продолжительность биологическо­го действия введенного инсулина. Надежных данных о том, что антитела способны вызвать более долгосрочные и серьезные нарушения, нет. Можно думать, что инсулин человека будет еще менее иммуногенным, чем инсулин свиньи (это естествен­но, поскольку он не является чужеродным белком).

Так как число больных диабетом и соответственно потреб­ность в инсулине растут, то вполне возможно, что доступность «го в будущем уменьшится из-за нехватки исходного сырья — поджелудочной железы животных. Столь же очевидно, что из-за чисто эмоциональных факторов лучше использовать инсулин человека, чем каких-либо животных. Ряд производителей инсулина во главе с фирмой Eli Lilly and Со. Использовали как основу для производства инсулина человека технологию рекомбинатных ДНК. Согласно схеме процесса, разработанного Eli Lilly в сотрудничестве с фирмой Genenetech Inc.

(рис.3), на первом этапе воссоздают последо­вательность ДНК по аминокислотной последовательности инсу­лина, раздельно синтезируя искусственные гены его А- и В-цепей. На 5′-конце каждого из них располагается кодон метионина (который в синтезированном белке оказывается N-концевым), а на З’-конце — терминирующие последовательности. Каждый из генов встраивают затем в ген β- галактозидазы плазмид, а их в свою очередь вводят в клетки Е. Посколь­ку бактерии растят на среде с галактозой, а не с глюкозой, то в них индуцируется синтез β-галактозидазы, а вместе с ней — А- и В-цепей инсулина, присоединенных через остаток метиони­на. После лизиса бактерий и обработки бромциаиом, который специфически расщепляет белки по остатку метионина, цепи инсулина отделяют от β-галактозидазы (инсулин метионина не содержит). Затем проводят очистку цепей и их объединение (с низким выходом), в результате чего образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков Е.

Со li, эндотоксинов и пирогенных веществ, по физиче­ским свойствам неотличим от инсулина из поджелудочной же­лезы человека и в тест-системе (гипогликемия у животных) проявляет полную биологическую активность. Впоследствии был испытан альтернативный метод: синтези­ровали ген молекулы-предшественника, проинсулина, который и вводили в Е. После очистки проинсулина его расщепля­ли трипсином и р-карбоксипептидазой и получали нативный инсулин.

Инсулин человека, полученный с помощью E. Со li, оказался первым «генно-инженерным» белком, испытанным на людях. В опытах со здоровыми добровольцами было установлено, что он безопасен, во всяком случае при краткосрочном применении (не вызывает аллергических и иных нежелательных реакций) и обладает практически одинаковой с инсулином свиньи спо­собностью снижать уровень глюкозы в крови при введении его под кожу или внутривенно. В настоящее время такой инсулин человека получают множество диабетиков во всем ми­ре. Этому предшествовали клинические испытания, в ходе ко­торых изучались изменения метаболизма и иммунологические эффекты.

Сегодня это уже обычный метод лечения. Интерферон Интерфероны — это группа белков, открытых в ходе изучения веществ, вырабатываемых клетками, зараженными вирусами. Они индуцируют как локальные, так и системные противови­русные реакции в других клетках. Кроме того, интерфероны об­ладают еще двумя важными свойствами: подавляют пролифе­рацию клеток (и, таким образом, потенциально являются про­тивоопухолевым средством) и модулируют иммунную систему. Недавно была упорядочена классификация интерферонов. Их делят на группы, включающие по нескольку белков: α (ранее — лейкоцитарные интерфероны), β (интерфероны фибробластов) и γ (иммунные интерфероны).

До недавнего времени интерфероны были доступны лишь в небольшом количестве. Частично очищенные препараты полу­чали главным образом из лейкоцитов человека. Из-за высокой видоспецифичности для клинического применения необходимо было синтезировать именно интерферон человека, но его нель­зя было всесторонне исследовать в опытах на животных. Про­ведение должным образом спланированных и широкомасштаб­ных испытаний интерферона на больных вирусными заболева­ниями и раковых больных было затруднено, но мы уже имеем какое-то представление о потенциальных возможностях этого препарата. Так, лейкоцитарный интерферон существенно уменьшает распространение пузырьков и продолжительность их формирования, а также снимает боль у больных с одной из форм герпеса (herpes zoster, опоясывающий лишай).

Гепа­тит В также поддается лечению интерфероном (см. Среди онкологических больных были проведены испытания на па­циентах с метастазирующим раком молочной железы, и у две­надцати из сорока трех диаметр опухоли уменьшился по мень­шей мере на 50%.

Изучалось его действие на лимфомы (иные, чем лимфома Ходжкина). Остеосаркомы и злокачественные меланомы.

Однако здесь нужно проделать большую работу по подбору оптимальных доз, частоты и способа введения интер­ферона и выяснению эффективности комплексного лечения с применением других противоопухолевых средств. Неоднократно сообщалось о побочных эффектах (лихорадка, общее недомога­ние, потеря веса) при применении интерферона. Понятно, что в изучении, клинических испытаниях и внед­рении интерферона в практику будет достигнут большой прогресс, если удастся получать в большом количестве чшшп препарат на основе технологии рекомбинатных ДНК.

Уже синтезирован ген лейкоцитарного интерферона человека длиной 514 пар нуклеотидов; его включали в плазмиду и клонирова­ли затем в Е, со li. Удалось достичь экспрессии гена интерферо­на человека в клетках дрожжей, а ген фибробластного интер­ферона был включен в E. Со li За его экспрессией можно было проследить по образованию продукта с противовирусной ак­тивностью. Интересен сам факт проявления биологической ак­тивности, так как этот природный интерферон гликозилирован, а получаемый по технологии рекомбинантных ДНК — нет. Производство интерферона на основе рекомбинантных ДНК ос­воили уже по меньшей мере две фармацевтические компании. Начались и клинические испытания этих препаратов. Гормон роста Гормон роста человека —это белок, состоящий из 191 амино­кислотного остатка и имеющий мол.

Массу 22 000. Он образу­ется и секретируется передней долей гипофиза и необходим для роста костей. Выяснено, что у 7—10 людей на 1 млн. Этот гор­мон образуется в недостаточном количестве, что приводит к за­держке роста (карликовости). Хотя это заболевание обычно врожденное, задержка роста становится заметной лишь в более позднем, детском возрасте, так как гормон не нужен для внут­риутробного развития. Строение гормона роста видоспецифично, и в клинике можно применять лишь гормон роста человека.

До недавнего времени его получали из гипофиза трупов, но по вполне понятным причинам этот способ имеет свои ограни­чения. Фармацевтическая компания Kabi Vitrum в сотрудниче­стве с Genentech Inc.

Предприняла попытки наладить произ­водство гормона роста на основе технологии рекомбинантных ДНК с использованием Е. Можно надеяться, что с по­мощью такого подхода мы вскоре не будем испытывать в нем недостатка. Очищенный препарат гормона из бактерий по био­логической активности подобен гормону из гипофиза. Сейчас ведутся клинические испытания: гормон роста вводят детям, страдающим от его недостатка. Вакцины Гепатит В—заболевание, при котором трудно получить под­ходящий антиген для иммунизации. Исход этой вирусной бо­лезни печени трудно прогнозировать, особенно у пожилых и ос­лабленных больных.

Заражение происходит при переливании крови и плазмы, при использовании плохо стерилизованных шприцев, игл и других медицинских инструментов, а также при половых сношениях. К числу групп с высокой степенью риска, где может помочь вакцинация, относятся больные с синдромом приобретенного иммунодефицита, раковые больные, которым необходимо переливать кровь в большом количестве, а также лица, проводящие гемодиализ, осуществляющие транспланта­ции, персонал онкологических учреждений, наркоманы, умст­венно отсталые и обслуживающие их, проститутки и гомосек­суалисты. Вирус гепатита В не размножается в культуре тканей. Вак­цины против него получали путем тепловой обработки сыво­ротки бессимптомных носителей. Впоследствии была предло­жена вакцина на основе инактивированных сферических части­чек его поверхностного антигена (HBsAg), присутствовавших в сыворотке носителей. Эти вакцины эффективны и безопасны, однако для их получения необходимо большое количество смешанной сыворотки, осуществление дорогостоящих защитных мер и крупные затраты на оборудование.

Альтернативным способом получения антигена может быть наработка белков вируса гепатита В клетками прокариот, ко­торый и был разработан Эдманом и др. (Edman et al 1981).

Другой подход заключается в инокуляции пептидов синтетиче­ского поверхностного антигена. Исходя из нуклеотидной после­довательности вирусного генома была реконструирована ами­нокислотная последовательность HBsAg, и многие исследова­тели попытались с помощью ЭВМ выявить в ней антигенные последовательности. Так, Дрисману и др.(Dreesman et al., 1982) удалось синтезировать два циклических пептида, которые при одноразовом введении вызывали образование антител у мышей. Ферменты Ферменты составляют основу многих тестов, используемых в клинической медицине. Они все чаще применяются при авто­матизированном анализе и биохимическом скрининге жидко­стей тела, которые ведутся в биохимических лабораториях сов­ременных клиник.

Примером таких ферментов могут быть глюкозооксидаза, гексокиназа, холестеролоксидаза и эстераза, уреаза, уриказа, лактатдегидрогеназа и алкогольдегидрогенэза. Иногда ферменты применяют и в терапии (например, стрептокиназу или урокиназу; они оказывают мощное фибринолитическое действие при тяжелом тромбозе сосудов). В будущем ферменты (скорее всего иммобилизованные) найдут, вероятно, значительно более широкое применение в.составе фермент-содержащих электродов, используемых для мониторинга in vivo и in vitro. Много подобных устройств уже сконструировано, но в клинике не применяется. Так, многими учеными был разработан электрод с глюкозооксидазой. В уст­ройстве Апдайка и Хикса глюкозооксидаза наслоена непосред­ственно на поверхность обычного платинового электрода (рис.5).

Чем больше кислорода потребляется в реакции Глюкоза+Кислород=Глюконовая кислота+Перекнсь водоро­да, тем меньше количество его регистрируется внутренней частью электрода. К сожалению, это устройство все еще рабо­тает недостаточно надежно, что не позволяет использовать его как имплантируемый аппарат для постоянной регистрации со­держания глюкозы.

Возникающие здесь проблемы связаны с наличием конкурентных отношений между глюкозой и кислоро­дом в жидкостях тела, инактивацией фермента in vivo, слож­ностью калибровки и дрейфом характеристик электрода. Веду­щиеся интенсивные исследования позволяют надеяться, что, усовершенствовав такие электроды с ферментами, удастся со временем создать датчик глюкозы для автономно работающего, полностью автоматического и небольшого по размеру протеза поджелудочной железы, нужного для лечения больных диабе­том. В этой связи особенно интересны последние достижения в области разработки фермент-содержащих электродов. Исследо­ватели, работающие в Крэнфилдском технологическом инсти­туте Оксфордского университета и в госпитале Гая в Лондоне, разрабатывают глюкозныq электрод, в котором для переноса электронов от простетической группы (ФАД) глюкозооксидазы на графитовый электрод используется органический медиатор-(например, ферроцен), т.

Процесс идет без участия кислоро­да, который обычно выступает в роли конечного акцептора электронов. Работа этого электрода, таким образом, не связана с кислородом.

Он может оказаться особенно полезным при соз­дании имплантируемого, способного работать in vivo устройст­ва для больных диабетом. По-видимому, основные усилия в ближайшие несколько лет будут направлены на развитие технологии биодатчиков. Ферменты (и другие лиганды, например антитела) могут оказаться весьма полезными для контроля за кон­центрацией (мониторинга) разнообразных веществ, интересую­щих клиницистов: промежуточных метаболитов, лекарственных препаратов и гормонов. Свою роль сыграет здесь биотехноло­гия: она предоставит и обычные, и редкие ферменты микробов, полученные как путем крупномасштабного их выращивания, так и с помощью технологии рекомбинантных ДНК. В качестве примера возможного применения ферментов в терапии укажем на предложение вводить инкапсулированные в липосомах ферменты для лечения некоторых болезней, свя­занных с накоплением лизосом.

Такой способ был испытан на нескольких больных болезнью Гоше, с врожденной недостаточ­ностью по глюкоцереброзид: (β-глюкозидазе. Полученные резуль­таты не позволяют сделать однозначных выводов. Перспективы развития Развитие новых направлений биосенсометрии, видимо, будет за­висеть от успехов микроэлектроники, основанной на применений продуктов биотехнологии, например ферментов и антител. Не­давно были созданы ион-селективные транзисторы на основе полевого эффекта (HpaI): в таких устройствах на изолирую­щий слой транзистора помещается мембрана с избирательной проницаемостью. На поверхность транзистора можно было бы нанести ферменты и антитела так, чтобы он «чувствовал» свя­зывание белка и/или возможные его конформационные измене­ния и/или реакцию с субстратом. Первым шагом здесь явля­ется разработка чувствительного к пенициллину РЕТ’а, в кото­ром применен фермент пенициллиназа (Сагаз, Лапай, 1980).

Зададимся теперь вопросом, можно ли лечить болезни чело­века путем трансплантации нормальных и измененных генети­ческими методами культивируемых клеток либо тканей орга­низма-хозяина, видоизмененных методами клеточной инженерии? Напомним, что интерес к лечению наследственных аномалии-обмена веществ методом трансплантации недавно вновь возрос в результате изучения эпителиальных клеток амниона человека. Эти клетки легко получить из плаценты и культивировать. Они синтезируют и выделяют в среду ферменты, отсутствующие при некоторых заболеваниях, связанных с накоплением лизосом, а кроме того, по-видимому, не образуют поверхностных антиге­нов и поэтому не будут отторгаться реципиентом.

Надо сказать, что лечение заболеваний, развивающихся из-за недостатка соединений, образуемых в норме определенным ти­пом клеток (например, гормонов, синтезируемых эндокринным» железами, или молекул глобинов, формируемых клетками кост­ного мозга), —задача архисложная. Несингенные клетки чело­века (взятые от трупа, плода или от неидентичного донора)» образующие нужное вещество, будут неизменно отторгнуты, ес­ли только поверхностные антигены НЬА или иммунологический ответ на них не модифицировать или подавить каким-то обра­зом.

Можно также попытаться изменить геном одной из клеточ­ных линий самого пациента (например, фибробластов) путем встраивания генов (е использованием ДНК-трансформации или рекомбинантных вирусных векторов), дерепрессии или же ме­тодом слияния клеток. Здесь сразу же возникают опасения, свя­занные с возможностью реимилантации людям генетически не­полноценных, зараженных вирусами клеток, риском неопролиферации. Следует учитывать, что вместе с синтетическим геном клетке, видимо, должна быть передана способность и к осуще­ствлению других необходимых функций. Например, для лечения диабета клетку нужно «научить» не только вырабатывать инсулин, но и упаковывать его в секреторные гранулы, регулиро­вать его синтез и экзоцитоз в соответствии с содержанием глюкозы в крови (т.

Нужен еще и некий датчик глюкозы). Механизм генетического контроля этого процесса, видимо, очень сложен, и сегодня мы о нем ничего не знаем. Высказывалось мнение, что методы цитогенетической моди­фикации в первую очередь следовало бы применить для лечения таких потенциально летальных болезней, как серповидноклеточная анемия или талассемия. В этих случаях болезнь возникает из-за аномалий в одном гене или комплексе генов, а экспрессия происходит в одном типе тканей.

Плюрипотептные кроветворные стволовые клетки костного мозга продолжают реплицироваться всю жизнь, и, если модифицировать их генетическими методами и реимплантировать в костный мозг, они смогут стать важным компонентом синтезирующей гемоглобин ткани. Впрочем, если сегодня такие исследователи, как Меркола и Клайн, уже ставят вопрос о том, не пришло ли время экспериментов по трансплан­тации генов человека, то многие в противовес им указывают, что, прежде чем двигаться дальше, нам нужно провести мно­жество опытов на животных, оценить степень риска и т.

Нет сомнения, что в будущем, кроме того, придется решать пробле­му совмещения научных и медицинских возможностей биотех­нологии и связанных с их использованием вопросов этики. Список источников 1. Принципы и применение: Пер. С англ./ Под. Основы биотехнологии.

Учебник По Медицинской Биотехнологии Орехов

Для студентов институтов; аспирантов и практических работников. Издательская фирма 'Наука' СПБ 1993 г.с, 600 стр.

Введение в медицинскую биотехнологию, Конспект лекций, Мамырбекова А.К., 2012. Конспект лекций предназначен для студентов специальности 5В070100 «Биотехнология» и включает лекции, содержание которых охватывает программу курса. Конспект лекций составлен в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины. Введение в дисциплину Форма проведения лекции: вводная лекция План лекции 1.

Предмет медицинской биотехнологии. Аспекты медицинской биотехнологии. Место медицинской биотехнологии среди других направлений современной биотехнологии. Медицинская биотехнология является одним из основных направлений новейшей биотехнологии. Это направление предполагает на основе фундаментальных исследований по современной биологии расширение крупномасштабного и дешевого производства продуктов биосинтеза с терапевтическими свойствами.

Революционные преобразования нашего времени в области терапии, в основе которых лежит прогресс в изучении биохимии клетки, молекулярной биологии, генетики, иммунологии, вирусологии и медицинской диагностики существенно расширили поле деятельности медицинской биотехнологии. Быстрый прогресс в биохимии, молекулярной биологии, генетике, иммунологии и вирусологии, укрепляющаяся аппаратурно-технологическая база производства обеспечивают постоянное расширение круга заболеваний, поддающихся эффективному лечению биотехнологическими терапевтическими препаратами. СОДЕРЖАНИЕ Введение Лекция 1.

Учебник По Медицинской Биотехнологии Скачать

Введение в дисциплину Лекция 2. Объекты медицинской биотехнологии Лекция 3. Этапы развития и новые направления медицинской биотехнологии Лекция 4. Использование методов рекомбинации ДНК в медицинской биотехнологии Лекция 5. Инсулин – первый генно-инженерный медицинский препарат Лекция 6. Инсулин – первый генно-инженерный медицинский препарат Лекция 7. Технология рекомбинантных ДНК, или генная инженерия Лекция 8.

Общая характеристика биотехнологического процесса Лекция 9. Питательные среды, состав, стерилизация Лекция 10. Основные технологические стадии биотехнологического процесса Лекция 11. Аппаратурное оформление биотехнологического процесса Лекция 12. Выделение продуктов биосинтеза, получение готовой продукции Лекция 13.

Учебник По Медицинской Биотехнологии Читать Онлайн

Система GMP производства и контроля качества лекар-ственных средств Лекция 14. Система GMP производства и контроля качества лекар-ственных средств Лекция 15. Биотехнология витаминов Лекция 16.

Частная биотехнология витаминов Лекция 17. Частная биотехнология витаминов Лекция 18. Частная биотехнология витаминов Лекция 19. Биотехнология антибиотиков Лекция 20. Частная технология антибиотиков Лекция 21. Общая характеристика препаратов нормофлоры Лекция 22. Производство препаратов нормофлоры Лекция 23.

Частная технология препаратов нормофлоры Лекция 24. Биотехнология стероидных гормонов Лекция 25. Биотрансформация стероидных гормонов Лекция 26. Биотехнология лекарственных средств на основе культур растительных клеток и тканей Лекция 27. Этапы работы по созданию лекарственных средств на ос-нове культур растительных клеток и тканей Лекция 28. Основные положения иммунобиотехнологии лекарственных средств Лекция 29.

Моноклональные антитела, области применения Лекция 30. Создание вакцин Краткий терминологический словарь Список использованной литературы.