ВОПРОС №3. МЕДИЦИНА И БИОТЕХНОЛОГИЯ

Общеизвестно, что разработка методов изменения генетическом го 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.

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. е. 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 его 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 использовали как основу для производства инсулина человека технологию рекомбинатных ДНК. Согласно схеме процесса 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 3’-конце - терминирующие последовательности. Каждый из генов встраивают затем в ген В-галактозидазы плазмид, а их в свою очередь вводят в клетки Е. coli. Поскольку бактерии растят на среде с галактозой, а не с глюкозой, то в них индуцируется синтез В-галактозидазы, а вместе с ней А- и В-цепей инсулина, присоединенных через остаток метионина. После лизиса бактерий и обработки бромцианом, который специфически расщепляет белки по остатку метионина, цепи инсулина отделяют от В-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. coli, эндотоксинов и пирогенных веществ, по физическим свойствам неотличим от инсулина из поlжелудочной 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. coli. После очистки проинсулина его расщепляли трипсином и 3-карбоксипептидазой и получали нативный инсулин. Инсулин человека, полученный с помощью Е. coli, 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 метод лечения диабета является стандартным.

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. Существует классификация интерферонов. Их делят на группы, включающие по нескольку белков: a (ранее лейкоцитарные интерфероны), b (интерфероны фибробластов) и g (иммунные интерфероны).

До недавнего времени интерфероны‚ были доступны лишь в небольшом количестве. Частично очищенные препараты получали главным образом из лейкоцитов человека. Но благодаря технологии рекомбинантной ДНК в настоящее время интерфероны получают в достаточном количестве, что обеспечило их доступность.