Генетическая инженерия микробиологических систем

С помощью клонирования специфических ге­нов и последующей их экспрессии в бактериях или дрожжах получен целый ряд белков (интерфероны, гормоны, факторы свёртывания, ферменты, в том числе инсулин, моноклональные антитела и др.), которые используются в качестве лекарственных пре­паратов. Большинство этих белков имеют эукариотическое происхождение, так что для выделения нужного гена сначала получают пре­парат мРНК, обогащенный интересующими ис­следователя фракциями, затем создают кДНК-библиотеку и встраивают соответствующую ДНК в подходящий вектор для экспрессии. Производя обмен участков родственных генов, кодирующих аналогичные белковые домены, или прямо заменяя сегменты клонированного гена, кодирующие функциональные части бел­ка, можно создавать новые модификации таких белков. В качестве лекарственных средств мож­но использовать и некоторые ферменты. Напри­мер, для снижения вязкости слизи, которая на­капливается в легких больных муковисцидозом, применяют в виде аэрозоля рекомбинантную ДНКазу I и альгинатлиазу.

С развитием технологии рекомбинантных ДНК и разработкой способов получения моноклональных антител, а также с установлением структуры и функций иммуноглобулинов поя­вился интерес к использованию специфических антител для лечения различных заболеваний. Работа с генами антител облегчается тем, что от­дельные домены молекулы антитела выполняют разные функции.

Лекарственные вещества или ферменты можно присоединять к моноклональным анти­телам или их Fv-фрагментам, специфичным в отношении поверхностных белков определен­ных клеток, например опухолевых. При этом лекарственное вещество может находиться в инертной форме. Если предполагаются много­кратные введения таких комплексов, то их иммуноглобулиновый компонент должен представ­лять собой антитело или фрагмент антитела человека; это позволяет предотвратить разви­тие перекрестной иммунной реакции и сенси­билизацию больного. Если же предполагается использовать в этих целях моноклональные ан­титела мышей, их структуру следует макси­мально приблизить к структуре антител челове­ка. Для этого в последних достаточно заменить СDR-участки на аналогичные фрагменты ан­тител грызунов. Возможен синтез моноклональных антител челове­ка с помощью Е. соli или дрожжей.

Генноинженерные методы позволяют полу­чать уникальные лекарственные средства, кото­рые представляют собой комплекс белка, связы­вающегося со специфическими клетками, например ВИЧ-инфицированными, и токсина (иммунотоксины).

Ярким примером успехов в этой области является фирма «Генентех». Созданная на скромные инвестиции в 1976 г. при участии Г. Бойера — одного из пионеров генетической инженерии, она сейчас занимает лидирующие позиции в создании препаратов медицинс­кого назначения. Уже в 1977 г. сконструирован штамм Е. соli, синтезирующий человеческий белок (соматостатин). В 1978 г. клонирован ген человеческого инсулина, в 1979 г. — ген человеческого гормона роста. Тщательная процедура клинической про­верки генно-инженерных продуктов позволила уже в 1982 г. получить разрешение на использование для лечения рекомбинантного инсулина. Этот инсулин незаменим для больных диабетом, у которых обычно применяющийся свиной или бычий инсулин вы­зывает аллергические реакции. В 1984 г. налажено производство антитромбогенного фактора VIII.

В дальнейшем были разработаны технологии синтеза других медицинских препаратов и получены разрешения на использование:

1985 г. — человеческого гормона роста для детей с дефицитом этого гормона;

1986 г. — интерферона-альфа-2а для лечения некоторых ти­пов лейкемии;

1987 г. — тканевого активатора плазминогена для удаления тромбов у пациентов с острым инфарктом миокарда;

1990 г. — интерферона-гамма-1b для лечения хронической грануломы; тканевого активатора плазминогена при острой эмболии легких; вакцины против гепатита В;

1993 г. — гормона роста для лечения нарушений роста у детей с хронической почечной недостаточностью; пульмозима для лечения муковисцидоза; фактора VIII для лечения больных гемо­филией;

1996 г. — тканевого активатора плазминогена при острых приступах ишемической болезни сердца или спазмах сосудов головного мозга; чело­веческого гормона роста для лечения нарушений роста, связанных с синдромом Тернера; пульмозима для лечения запущенных форм муковисцидоза;

1997 г. — ритуксана для лечения пациентов с лимфомой не-Ходжкина; гормон роста для лечения дефицита гормона роста у взрослых;

1998 г. — моноклональных антител для терапии пациентов с определенным типом метастазирующего грудного рака и др.

Другие достижения генной инженерии в этой области: создание новых вакцин, ферментов для сельского хозяйства, антибиотиков, аминокислот, препаратов для очистки окружающей среды, биоудобрений, инсектицидов и т.д.