Достижения и перспективы современной медицины

Благодаря генетической инженерии (далее ГИ) значительно расширились возможности традиционных методов селекции. Теперь мы можем получать такие организмы, которых не может дать обычная селекция. Такие проблемы как голод, болезни, которые ранее считались неразрешимыми, теперь с успехом преодолевает современная биотехнология.

Первыми объектами ГИ стали микроорганизмы, что обусловлено их свойствами. Это одноклеточные биологические объекты. Их генетический аппарат организован относительно просто. Вследствие этого упрощается методика проведения генетических манипуляций. Микроорганизмы позволили биотехнологам добиться значительных успехов в получении качественных и относительно недорогих соединений, содержание либо отсутствие которых в организме человека может привести к заболеваниям, например, диабету, карликовости и т.д.

Вакцины

Вакцины, как подвергнувшиеся специальной обработке микроорганизмы, вирусы и их компоненты, вводятся в человеческий организм для того, чтобы выработать иммунитет к заболеваниям, вызываемым данными объектами. При этом вводящаяся культура является ослабленной либо вовсе убитой. Данный способ является наиболее эффективным в борьбе с инфекционными заболеваниями.

Вакцины, выпускаемые в настоящее время, можно разделить на следующие группы:

1) живые вакцины;

2) убитые (инактивированные) клетки;

3) «химические» вакцины;

4) обезвреженные токсины, выделенные из культуральной жидкости.

Заболеванием, являющимся проблемным при поисках подходящего антигена для иммунизации, является гепатит В. В свое время получение вакцин производилось методом тепловой обработки сыворотки, отобранной у бессимптомных носителей. Недостатками данного способа являются: необходимость использования большого количества смешанной сыворотки в качестве сырья; высокая стоимость защитных мер; использование дорогостоящего оборудования. Решением этих вопросов является использование в качестве продуцентов прокариот.

Антибиотики

На данный момент получено более 3000 разнообразных антибиотиков. При этом методы их биологического синтеза постоянно совершенствуются, а микроорганизмы становятся все более продуктивными. Биотехнологии удалось повысить производственный выход пенициллина. Для этого использовали модифицированные организмы Penicillium chrysogenum. Благодаря использованию прочих микроорганизмов, получили антибиотики, проявляющие эффективность по отношению к грамотрицательным бактериям – это стрептомицин и цефалоспорин. Производя манипуляции с исходными молекулами антибиотиков, на выходе получают их полусинтетические аналоги, обладающие иным спектром действия, чувствительностью к пенициллиназе и содержимому ЖКТ.

Гормоны

Ранее при лечении диабета использовали препарат инсулина, полученный из поджелудочной железы свиней или коров. Из-за, пусть и незначительных, но все же присутствующих, различий между данными гормонами животных и человека, у больных в крови обнаруживаются антитела к инсулину, что обуславливает некоторые побочные эффекты.

Инсулин человека, синтезированный E. Coli, стал первым белком, который был испытан на людях. Технологией, лежащей в основе получения инсулина именно таким способом, является технология рекомбинантных ДНК. Первый этап заключается в воссоздании генетической последовательности при использовании информации о строении белка и его аминокислотном составе. Затем гены переносятся в клетку E. Coli, где происходит синтез гормона. В результате выделяют инсулин, состоящий из двух цепей, который по физическим свойствам аналогичен человеческому инсулину, а также проявляет биологическую активность. Известен и другой метод получения гормона, суть которого заключается в инициации синтеза предшественника инсулина – проинсулина, с последующим получением нативной формы.

Соматотропин – это гормон роста человека, секретируемый в передней доле гипофиза, являющийся необходимым для роста костей. Ранее для получения этого гормона возникала необходимость использования гипофиза, извлеченного из трупов. В настоящее время для синтеза используют клетки E. Coli, трансформированные методами ГИ. Вещество, полученное из E. Coli, после очистки схоже по своей биологической активности с гормоном из гипофиза.

Моноклональные антитела (МА)

МА вырабатываются особыми линиями клеток, которые получены путем гибридизации с миеломой. В результате получают практически «бессмертные» клетки, способные продуцировать антитела. Для получения гибридомы необходимо объединить нормальный лимфоцит и клетку миеломы. МА нашли свое применение в медицинской диагностике. Используют их и при очистке разнообразных биологических соединений, например, белков и интерферона.

МА принимают участие в процессе радиоиммунологического анализа. Их использование позволяет повысить чувствительность анализа. В гистопатологической диагностике применение МА позволяет определить тип опухоли лимфатической системы, а также природу клеток, которые дали ей начало. МА позволяют ввести необходимое лекарственное средство целенаправленно в определенную часть тела. Это происходит благодаря их взаимодействию с липосомами, а также путем присоединения непосредственно к необходимому веществу.

Прочие вещества, используемые в медицинских целях.

Витамины

Ранее их получение осуществлялось только при использовании фруктов и овощей. В настоящее время найдены микроорганизмы, способные с высокой скоростью синтезировать нужные витамины. Конкуренцию данному способу составило химическое получение этих БАВ, поскольку их молекулярное строение достаточно простое. Биотехнологическими способами производят витамины B2 и B12, а также осуществляют одну из стадий химического синтеза витамина C.

Иммуномодуляторы

Интерфероны и интерлейкины, оказывают стимулирующее действие на иммунитет человека независимо от типа заболевания. Ранее получить эти вещества можно было только используя донорскую кровь. Современная биотехнология разработала методы получения данных веществ при участии микроорганизмов. Синтез осуществляется относительно быстро.

Иммунодепрессанты

Это вещества, подавляющие ИС. Необходимость их применения возникает при пересадке органов, когда необходимо предотвратить отторжение. Одним из представителей иммунодепрессантов является циклоспорин А, получаемый биотехнологическими методами.

Заменители крови, такие как, например, полиглюкин. Синтез осуществляют микроорганизмы.

Медицинские ферменты. К ним можно отнести следующие вещества:

1) бета-галактозидаза, способствующая усвоению молочного сахара у людей с непереносимостью лактозы;

2) стрептокиназа, удаляющая тромбы кровеносных сосудов;

3) протеаза, применяющаяся при лечении ожогов и очистке гнойных очагов;

4) L-аспарагиназа, воздействующая на раковые клетки, посредством лишения их аспарагина.

Коферменты, вещества, воздействующие на ферменты организма, усиливающие их действие. К ним относят инозин, рибоксин, убихинон.

Медицинские аминокислоты, используемые при составлении рациона питания больных людей, либо спортсменов, стремящихся к увеличению процентного содержания мышечной массы. Получают аминокислоты как при помощи микроорганизмов, так и путем ферментативного расщепления белка.

Подсластители — препараты, в основе которых лежат аминокислоты. Примером является аспартам.

Биоразлагаемые полимеры. В качестве примера можно выделить нити, используемые при проведении операций: после заживления шва они разлагаются. Основной составляющей таких соединений является полигидроксибутират. Данный полимер применяют как основное вещество нитей и штифтов, а также для создания лекарств замедленного действия. Синтез осуществляется микробиологическим путем.

Препараты против комаров, воздействующие на личинки. Представлены микроорганизмами, которые для человека и животных являются безвредными. Нейропептиды, несущие ответственность за сон, память, боль и прочие процессы, происходящие в мозге человека. Данные методы находятся в разработке — в планах получение веществ путем микробиологического синтеза.

Косметические токсины, представляющие собой малые дозы ботулинов — сильнодействующих паралитических ядов. Данные препараты оказывают омолаживающее действие, разглаживая морщины.

Заключение

Благодаря методам генетической инженерии стало возможным решение многих проблем, имеющих отношение к сфере медицины. Например, получение искусственного инсулина. В 1963 году впервые провели химический синтез данного гормона. Недостатком этого метода оказалась дороговизна синтеза и его сложность. Поэтому была разработана технология получения гормона с помощью микроорганизмов. В результате жизнедеятельности E. Coli были выделены 2 цепи инсулина, которые химическими методами соединяли в одну молекулу, получая при этом готовый гормон. В последующем стало возможным получение не только двух цепей, но и проинсулина.

Развитие биотехнологии позволило также решить проблему недостатка гормона роста — соматотропина. Синтез происходит после встраивания гена, кодирующего образование гормона, в клетки E. Coli. Препарат характеризуется высоким качеством и безопасностью для здоровья человека. Кроме того, был получен и гормон роста крупного рогатого скота, позволяющий повышать удойность коров. Для использования в качестве «биофабрик» в процессе производства лечебных препаратов пригодны не только микроорганизмы, но и культуры клеток животных. Таким образом получают трансгенный эритропоэтин, позволяющий избежать сбора и переливания донорской крови.

Технологии современной генетической инженерии позволяют получать безопасные и относительно недорогие вакцины, которые используются для лечения, например, гепатита, полиомиелита. Биотехнологические разработки позволяют усовершенствовать диагностику и лечение болезней. Возможно, именно генетическая инженерия найдет способы лечения таких заболеваний, как рак, СПИД, шизофрения, наследственные болезни и др.