Третя міжнародна спеціалізована виставка "Світ біотехнології-2005".
Графік зростання числа хворих на сальмонельоз (в%).
Механізм лізосомних хвороб.
У лабораторіях біотехнологічної компанії "Джензайм" розробляють і виробляють нові ферментні препарати для лікування рідкісних лізосомних хвороб накопичення.
Портативний флуоресцентний аналізатор.
<
>
Євросоюз вкладає гроші в здоров'я
Відмінною рисою нинішнього конгресу стало участь в його роботі представників Євросоюзу - керівників різних наукових напрямків в галузі біотехнології. У своїх доповідях вони розповіли про основні європейських програмах, до участі в яких запрошені і російські фахівці. На виконання програм досліджень в області наук про життя та біотехнології, розрахованих на 2006-2013 роки, передбачено 10 млрд євро, в тому числі 52,4 млн євро на медичні дослідження.
Представник Спільного директорату наукових досліджень ЄС доктор М. Халлен (Бельгія) зазначив, що в останні 5-6 років стався прорив в області вивчення генома: розшифрований геном людини, багатьох ссавців і рослин. Великих успіхів в Європі досягли і такі галузі біології, як нанобіотехнологія, створення біосенсорів і системна біологія. Основний напрямок сьогоднішніх досліджень європейських вчених в молекулярній генетиці - використання геномних технологій для лікування онкологічних захворювань, СНІДу, малярії та туберкульозу.
Академік Польської академії наук А. Легоцького підкреслив, що сьогодні дослідження в галузі геноміки рослин в Європі спрямовані на створення рослин-біофабрик, які продукують ті чи інші корисні білки і ферменти. Іншими словами, клітини рослин стають реакторами для отримання різних харчових добавок або лікарських препаратів. Виробництво біологічних реакторів стало можливим завдяки одному з відкриттів в молекулярної біології. Виявлено, що в клітинах рослин діє природна система, що блокує роботу генів невеликими фрагментами РНК. Вчені знайшли спосіб "вимкнути" цю функцію РНК, щоб змусити певний ген виробляти потрібний білок з максимальною ефективністю.
Ще один напрямок геноміки, виділене в окрему дослідницьку програму, - нутрігеноміка. Завдання нутрігеномікі - застосування генних технологій у виробництві продуктів харчування, збагачених тими чи іншими речовинами. У цій області Європа лідирує в світі. Дослідники вважають, що своєчасний перехід на спеціальну дієту може запобігти діабету, остеопороз, онкологічні та серцево-судинні захворювання, хвороби печінки і кишечника, пов'язані з порушенням гомеостазу (стійкості основних фізіологічних функцій організму). Проведені в ЄС дослідження дозволять вже в недалекому майбутньому розробити персоніфіковані дієти для кожної людини.
Однак продукти харчування можуть нести нам не тільки здоров'я. За даними доктора К. Патерманн (Бельгія), число хвороб, пов'язаних з неякісним харчуванням, стає дедалі більше. Тому в ЄС вкладають великі кошти (15,9 млн євро) в дослідження в області якості і безпеки харчових продуктів: епідеміологію, вивчення впливу продуктів харчування на здоров'я, розвиток методів аналізу і контролю протягом усього харчового ланцюжка - від насіння і кормів до готових продуктів .
Біологічна безпека: балансування на межі вигоди і ризику
Директор інституту харчування РАМН академік В. Тутельян зупинився на завданнях, що стоять перед нутрігеномікой. Він сказав, що генно-інженерні технології допомагають вченим в отриманні заданих властивостей продуктів харчування, наприклад, в підвищенні вмісту будь-якого білка, вітаміну або оптимізації жирового складу молока і м'яса.
Зокрема, В. Тутельян нагадав, що в російській харчової промисловості з недавніх пір широко використовуються добавки поживних речовин, вироблених трансгенними мікроорганізму ми.
Що стосується створення генетично модифікованих рослин (ГМР), за словами В. Тутельян, шляху назад вже немає: 75% вирощуваної в світі сої становить трансгенна культура, більше 30% від загальної посівної площі припадає на генетично модифіковану (ГМ) кукурудзу. На світовому ринку з'явилися ГМ-продукти другого класу, які на відміну від генетично модифікованих продуктів першого класу, що містять лише один "чужий" ген, мають в складі генома цілий комплекс нових генів, які виробляють не одне, а безліч корисних речовин. Всього ж в світі вирощується 81 різновид генетично модифікованих рослин. У 2003 році виробництво продукції з трансгенних рослин в розвинених країнах збільшилася на 20%. А тому Інститут харчування РАМН бачить своє завдання не в боротьбі з генетично модифікованими рослинами, а в удосконаленні системи оцінки безпеки і налагодженні контролю за обігом всіх видів ГМ-продукції.
Академік В. Шевелуха зазначив, що традиційні сільськогосподарські культури гинуть від посухи, шкідників і інших стресових факторів. Відомо, що 30% виробленої сільгосппродукції знищується мікроорганізмами, вірусами, грибами та іншими шкідниками. І, на думку В. Тутельян, саме токсини, що виділяються грибами (мікотоксини), і деякі інші природні забруднювачі неантропогенного походження відносяться до найбільш небезпечним для здоров'я людини речовин. ГМР ж, навпаки, ефективно борються з шкідливими для здоров'я патогенними речовинами і організмами.
У Росії на сьогоднішній день зареєстровано 12 видів генетично модифікованих рослин. Для запобігання несанкціонованого появи трансгенної продукції 90 центрів санепіднагляду щорічно проводять 11 тисяч аналізів на наявність генетично модифікованих компонентів у продуктах харчування. Важливо, що з жовтня 2002 року всі ГМ-корми підлягають обов'язковій сертифікації.
У той же час питання про біологічну безпеку трансгенних рослин не можна вважати вирішеним. На секції "Біотехнологія і сільське господарство" вчені доповідали про те, що ГМР несуть загрозу біорізноманіттю. Як приклад наводилися експерименти вчених Всеросійського науково-дослідного інституту сільськогосподарської біотехнології. Вони висадили в центрі дослідного поля трансгенну пшеницю, а навколо, по кільцю, на відстані 1 м засіяли традиційну культуру. Через два місяці трансгенна пшениця розрослася, подібно бур'янам, а вся "звичайна" загинула. Ті ж рослини, яким все ж таки вдалося вижити, як показав ДНК-аналіз, містили чужорідний ген, який був присутній в ГМ-пшениці. Так що проблема загрози з боку ГМР біорізноманіття існує в дійсності.
Глобалізація торгівлі продуктами рослинництва і тваринництва вимагає спостереження за якістю і безпекою їжі протягом всього виробничого ланцюжка, яка включає контроль кормів, моніторинг залишкового вмісту ліків і заборонених до застосування анаболічних стимуляторів росту в продуктах тваринництва, аналіз на хлорорганічні забруднювачі, важкі метали, мікотоксини. Про це говорили на засіданні круглого столу "Біотехнологія і ветеринарія". У Росії такий контроль здійснює Всеросійський державний НДІ контролю, стандартизації і сертифікації ветеринарних препаратів. За даними інституту, вельми небезпечні навіть у вкрай низьких дозах хлорорганічні забруднювачі (до них відносяться в першу чергу діоксини і ДДТ), які в основному надходять в нашу їжу з продуктами тваринного походження. Причому найбільше їх присутній в продукції з риби внутрішніх морів. Наприклад, в риб'ячому жирі продукції з Балтійського моря цих шкідливих речовин міститься в 10 разів більше, ніж в жирі тихоокеанської риби.
Окремо стоять питання охорони території Росії від поширення "коров'ячого сказу". Вжиті заходи вже дозволили скоротити кількість заборонених до ввезення кормів, що містять тканини жуйних тварин (які можуть бути інфіковані вірусом "коров'ячого сказу"), з 30% (!) В 2001 році до 5-6% в 2004-му.
На конгресі говорилося про необхідність розробки системи оцінки ризиків, що включає в себе наукові докази безпеки тих чи інших харчових продуктів (наприклад, що містять всі ті ж ГМР), налагоджений інформаційний обмін і грамотне управління ризиками. Доповідь про це зробив професор Г. Марвін з Інституту безпеки їжі (Нідерланди). Причому, на його думку, оцінку ризику потрібно починати з грунту, і не тільки оцінювати, але і забезпечувати її безпеку сучасними біотехнологічними методами.
Отже, сьогодні наше здоров'я прямо залежить від якості і безпеки продуктів, які ми купуємо в магазині. Невипадково академік В. Тутельян в своїй доповіді приділив увагу нової розробки Інституту харчування - "Переліку речовин, необхідних для підтримки здоров'я". Цей офіційно затверджений документ включає найменування 100 харчових і 60 біологічно активних речовин, рекомендовані рівні і верхні допустимі межі їх споживання, а також їх основні джерела.
Коли антибіотики безсилі
На секції "Біотехнологія лікарських препаратів" обговорювалася проблема формування стійкості (резистентності) мікроорганізмів до антибіотиків. Через резистентності багато нові лікарські засоби втрачають свою ефективність, ледве встигнувши з'явитися на полицях аптек. Виникненню різновидів бактерій, стійких до антибіотиків, в чималому ступені сприяє так поширився нині безконтрольне використання препаратів без призначення лікаря. Зауважимо, в Європі і США ситуація з резистентністю значно гірше, ніж в Росії. Наприклад, до відомого антибіотика пеніцилінового ряду метацілліну в Росії стійко лише 6% штамів стрептококів, а в Угорщині - 60%.
Один з ефективних способів перевести втратили активність антибіотики в форми, здатні боротися з патогенними мікроорганізмами, - це хімічна модифікація їх молекул. Професор М. Преображенська з НДІ з вишукування нових антибіотиків ім. Г. Ф. Гаузе РАМН розповіла на конгресі про успішну роботу по модифікації порівняно нового антибіотика - ванкомицина, резистентність до якого в США мають уже 30% штамів бактерій. Отримане в інституті похідне ванкомицина вже проходить клінічні випробування. Нове речовина ефективно вбиває патогенні мікроорганізми, з якими не справляється ванкоміцин, причому знищує їх не тільки в крові, але і в тканинах. Зараз дослідники закінчують роботу над черговою хімічною модифікацією ванкомицина, що володіє противірусними властивостями. Цей новий препарат унеможливлює доступ вірусу в клітину, блокуючи його прикріплення до клітинної мембрани. Експерименти показали, що синтезоване хімічна сполука здатне загальмувати розмноження ВІЛ, а також вірусу атипової пневмонії.
Геном людини. Робота над помилками
Генетичні захворювання, які зустрічаються не частіше п'яти випадків на 10 тисяч осіб, відносять до рідкісних. Але проблема в тому, що цих хвороб налічується понад 8 тисяч, тому в світі ними страждають близько 25-30 млн чоловік. Так що "рідкісними" їх називають досить умовно. Фармакологічні компанії не дуже люблять займатися розробкою препаратів для лікування таких генетичних "поломок" через дуже високого ризику невдачі при досить значних вкладеннях.
Проте роботи в цьому напрямку ведуться. Про застосування біотехнології для лікування генетичних "поломок", пов'язаних з недостатністю одного з лізосомних ферментів, на конгресі доповіла доктор У. Штольцле з німецької філії американської компанії "Джензайм". Лізосомні хвороби накопичення, якими в середньому хворіє одна людина з 10 тисяч населення, відносяться до рідкісних. Вони зазвичай протікають дуже важко і призводять до смерті в дитячому віці. На сьогоднішній день відомо близько 40 таких генетичних "збоїв". Лізосомні хвороби накопичення обумовлені змінами в генах, що контролюють синтез ферментів, що відповідають за розщеплення макромолекул - глюкозаміногліканів, гликолипидов і глікопротеїнів - всередині лізосом. Через відсутність ферментів ці макромолекули залишаються цілими і накопичуються в лізосомах, одночасно з цим збільшується число лізосом в клітках різних тканин організму. Клітини збільшуються в розмірах, їх нормальне функціонування порушується, і людина гине.
Всі ці хвороби дають про себе знати з самого раннього дитинства. Хвороба Гоше, якої сьогодні страждають 4 тисячі хворих, пов'язана з втратою активності і дефіцитом ферменту глюкоцереброзідази. В результаті у хворого вражаються печінка, селезінка, кістковий мозок. Хвороба Фабрі викликається дефіцитом лізосомного ферменту альфа-галактозидази А і проявляється ураженням судинного ендотелію, що веде до порушення діяльності серцево-судинної системи, нирок і потім до інфарктів, ниркової недостатності і інсультів. Захворювання Помпе забирає життя в дуже ранньому віці - дефіцит dD-глюкозидази викликає у хворих порушення м'язової активності і моторики, що робить необхідною штучну вентиляцію легенів.
Раніше лікування лізосомних хвороб накопичення було симптоматичним, тобто лише полегшує зовнішні прояви хвороби. Розробка ферментних препаратів-заступників (в 1991 році фірма "Джензайм" вперше почала лікувати хворобу Гоше за допомогою відсутнього організму ферменту - виділеної і очищеної людської глюкоцереброзідази) фактично відкрило нову еру в терапії невиліковних раніше недуг. Ферментозаместітельной терапія дає можливість пацієнтам жити нормальним життям.
Лізосомних ферментів в клітинах людини міститься мало, тому отримувати ферментний препарат безпосередньо з клітинного матеріалу дуже дорого і складно. Сьогодні біотехнологи переходять на виробництво генно-інженерних, рекомбінантних ферментів. Коротенько технологія полягає в тому, що в бактеріальну ДНК вбудовується людський ген відсутнього ферменту. Потім "залатану" таким чином (рекомбінантний) ДНК розмножують і запускають синтез необхідного ферменту в бактеріальної культури. В результаті виходить "людський" фермент, який здатний брати участь у всіх біохімічних циклах клітини. Вже успішно пройшли клінічні випробування рекомбінантні ферментні препарати, здатні вилікувати хвороби Гоше, Фабрі і Помпе.
Біочіпи, що розпізнають провісники лейкозу
Біотехнологічні мет оди широко використовуються при молекулярної діагностики різних захворювань. Одна з таких недавніх розробок Інституту молекулярної біології ім. В. А. Енгельгардта РАН (ИМБ РАН) - діагностикум, заснований на нанотехнології. У мікроячейкі биочипов, які містять молекули і фрагменти ДНК (або білкові молекули) досліджуваних зразків, додають флуоресцентно мічені специфічні молекулярні зонди. Мічені молекули вибірково взаємодіють з тими чи іншими фрагментами ДНК або білковими молекулами, даючи можливість кількісно і якісно визначити шуканий компонент в аналізованих пробах. Такі біочіпи дозволяють оперативно виявляти мікроорганізми і віруси в плазмі крові, визначати схильність до спадкових і онкологічних захворювань, встановлювати індивідуальну непереносимість тих чи інших лікарських препаратів. Особливість технології, розробленої в Інституті молекулярної біології РАН, - одночасне функціонування декількох тисяч молекулярних зондів, які розпізнають одну з безлічі біологічних молекул або їх фрагментів. На 1 см2 матриці чіпа розміщується до тисячі осередків. Біологічні мікрочіпи, подібно електронним, обробляють величезні масиви цифрової інформації, прочитаної з біологічного матеріалу.
У 2004 году за Цю новаторську технологію керівник роботи академік Андрій Дарьевіч Мирзабеков БУВ посмертно удостоєній премії "Молекулярна біоаналітіка" німецького Товариства біохімії и молекулярної біології. У протитуберкульозних центрах Москви та Новосибірська вже застосовується комплекс на основі биочипов для експрес-діагностики туберкульозу з одовременно виявленням його лікарсько-стійких форм. За допомогою такого биочипа терміни проведення аналізу скоротилися з 60 днів до одного. Метод був випробуваний на трьох тисячах пацієнтів, виявилося, що надійність діагностики перевищує 90%.
Інший варіант діагностичного биочипа для виявлення і типування хромосомних перебудов, що передують лейкозу, був успішно застосований до 500 пацієнтам Інституту дитячої гематології Російської дитячої клінічної лікарні МОЗ РФ і зараз апробується в Центрі гематологічної і онкологічної педіатрії в Бразилії.
Хрящі можна виростити в пробірці
Професор І. Савченкова з Інституту стовбурової клітини представила на конгресі піонерську роботу по тканинної інженерії. Вперше в Росії вчені виростили тривимірні трансплантати хрящової тканини людини поза організмом.
В Інституті стовбурової клітини була розроблена методика культивації стовбурових клітин, виділених з підшкірно-жирового прошарку пацієнта. Препарат клітин отримують методом ліпоаспірації (відсмоктування жирової тканини) під місцевою анастезії. Потім клітини висіваються в спеціальне середовище, з них відбираються стовбурові. Вирощена культура стовбурових клітин проходить ретельне дослідження на наявність будь-якої інфекції, вивчаються морфологія клітин і імунологічні характеристики.
В інституті розроблено унікальний метод, що дозволяє вирощеним стовбуровим клітинам щільно заселяти об'ємну матрицю - носій майбутнього трансплантата (матрикс) і зберігати при цьому свої властивості. Культивація таких клітин в тривимірному матриксе в присутності спеціальної речовини, що змушує їх перероджуватися в хрящові клітини (хондроцити), призводило до формування в пробірці об'ємних шматочків хрящової тканини. За допомогою цього методу стає можливим вирощувати трансплантати хрящової тканини з власних стовбурових клітин людини.
Вирощені "в пробірці" тривимірні трансплантати хрящової тканини людини зараз проходять доклінічні дослідження в організмі імунодефіцитних тварин (щоб уникнути відторгнення), куди вони були вшиті підшкірно.
У програмі досліджень передбачено новий спільний проект Інституту стовбурової клітини і Російського онкологічного наукового центру ім. Н. Н. Блохіна. Планується вирощування "в пробірці" не просто шматочків хрящової тканини, а трахей з власних стовбурових клітин жирової тканини пацієнта. Якщо випробування пройдуть успішно, штучно вирощені трахеї будуть використовуватися в післяопераційної реабілітації хворих на рак гортані.
Ілюстрація "Третя міжнародна спеціалізована виставка" Світ біотехнології-2005 ".
В рамках конгресу "Біотехнологія: стан та перспективи розвитку" проходила Третя міжнародна спеціалізована виставка "Світ біотехнології-2005", на якій були представлені останні розробки російських і зарубіжних підприємств. Квітень 2005 року.
Ілюстрація "Третя міжнародна спеціалізована виставка" Світ біотехнології-2005 ".
В рамках конгресу "Біотехнологія: стан та перспективи розвитку" проходила Третя міжнародна спеціалізована виставка "Світ біотехнології-2005", на якій були представлені останні розробки російських і зарубіжних підприємств. Квітень 2005 року.
Ілюстрація "Графік зростання числа хворих на сальмонельоз (в%)".
Формування стійкості до відомих антибіотиків стає однією з найсерйозніших медичних проблем в розвинених країнах. На графіку показано зростання числа хворих на сальмонельоз (в%), у яких збудник хвороби став стійким до дії п'яти найпоширеніших антибіотиків (США).
Ілюстрація "Механізм лізосомних хвороб".
Лізосомні хвороби накопичення відносяться до рідкісне генетичне хвороб. Вони пов'язані з різними "генетичними поломками", в результаті яких в клітинах перестає синтезуватися один з так званих лізосомних ферментів. На сьогоднішній день описано механізм приблизно 40 таких захворювань. На схемі показано, що відбувається з клітинами головного мозку, всередині яких відсутній один-єдиний фермент - гексоамінідаза А (хвороба Тея-Сакса). Дефіцит цього білка в лізосомах призводить до того, що молекула Сфінголіпіди (гангліозиду GM2) залишається нерасщепленной і накопичується в вакуолях. Від безлічі вакуолей з "неперетравленим" гангліозид GM2 клітина поступово роздувається. Хвороба протікає дуже важко, супроводжується симптомами розумової відсталості, паралічем і призводить до смерті в 2-5-річному віці. Розробка біотехнологічних методів отримання препарату ферменту, відсутнього організму, для таких хворих - єдина надія на порятунок.
Ілюстрація "Портативний флуоресцентний аналізатор".
Так виглядає портативний флуоресцентний аналізатор биочипов зі спеціальним програмним забезпеченням, розроблений в Інституті молекулярної біології РАН. З його допомогою можна проводити експрес-аналіз на наявність певних генів, білків, бактерій і вірусів в біологічному матеріалі.
