Растения-малютки в борьбе с болезнями
(пенициллин, интерферон)
Растения-малютки
могут оказать неоценимую услугу человеку в борьбе с болезнями. Еще в
XIX веке ученые обращали внимание на антагонизм микроорганизмов.
Возникла мысль, что медицина может и должна использовать его в своих
целях. В ХХ веке были открыты антибиотики. Первые из них выделены из
микроорганизмов.
В 70-х годах позапрошлого столетия русские врачи А. Г. Полотебнов и В.
А. Манасеин лечили гнойные раны спорами гриба Penicillium. Не умея
выделить из гриба лекарство, они просто накладывали на раны пушистый
зеленоватый налет - плесень. Открытие антибиотика пенициллина
принадлежит английскому микробиологу Александру Флемингу.
Впервые пенициллин
в нашей стране был получен в 1942 году в лаборатории биохимии микробов
Всесоюзного института экспериментальной медицины З. В. Ермольевой. Это
она явилась прообразом героини романа В. А. Каверина "Открытая книга"
Татьяны Власенковой. Пенициллин Ермолъевой, проверенный во фронтовых
условиях, спас жизнь многим бойцам с тяжелыми ранениями, заражениями
крови, воспалением легких.
Позднее пенициллин стал менее эффективным. Дело в том, что в мире
микроорганизмов идет жестокая борьба за выживание, в ходе которой
противники изобретают все более совершенное оружие. Болезнетворные
микробы научились вырабатывать особые вещества, которые разрушают
антибиотик.
Прошло 30 лет и самая коварная инфекция - стафилококковая - могла
устоять против пенициллина в 95% случаев. Это объясняется тем, что
лекарственная устойчивость заложена в бактериях от рождения. Изменения
в генетической структуре бактерий ускорило, конечно, и широкое,
зачастую неоправданное, применение антибиотиков в медицине,
животноводстве, растениеводстве, пищевой промышленности.
С 60-х годов началось создание второго поколения этих лекарств. Ученые
смогли расщепить природный пенициллин на составные части и создать на
его основе новые антибиотики. Полусинтетические пенициллины, обладая
более широким спектром действия, чем их предшественники, справляются с
устойчивыми формами микроорганизмов. Препараты группы пенициллинов -
метациллин и оксациллин - стали незаменимыми в борьбе со
стафилококковой инфекцией. Эти и другие пенициллины значительно
повысили эффективность лечения болезней органов дыхания, инфекций почек
и мочевых путей, кишечных инфекций.
Большие перспективы открываются перед генетической инженерией в мире
микроорганизмов. Это очень важная область биотехнологии.
Суть ее в том,
что мы по своему усмотрению строим ДНК - дезоксирибонуклеиновую
кислоту. Берем ее молекулы из разных источников и получаем
рекомбинантные ДНК. С помощью ферментов рестриктаз из ДНК выделяется
соответствующий ген, несущий определенную функциональную информацию, и
встраивается в какую-либо систему, позволяющую ему быстро размножаться.
В качестве такой системы, называемой часто вектором, можно использовать
плазмиды - автономные структуры, несущие информацию в виде небольшой
циклической ДНК. Они имеются во многих микроорганизмах. Носителями
нового наследственного материала могут быть не только плазмиды, но и,
например, вирусы, фаги.
Новая плазмида со встроенным в нее чужеродным геном в процессе
размножения будет давать клетке, которой она принадлежит, информацию,
определяемую встроенным геном. Клетка приобретает способность
синтезировать новые для нее вещества. Это основной принцип генетической
инженерии. Удивительно то, что плазмида, будучи микробным образованием,
то есть частью микробной клетки, может работать и довольно успешно,
когда в нее встроены гены животных, растений или человека.
При известных условиях чужеродный ген начинает функционировать,
управлять синтезом определенного продукта. В некоторых случаях клетка
получает способность к усиленному производству этого продукта, что
может иметь важное практическое значение.
Генетика недавнего прошлого располагала только одним способом повышения
продуктивности микроорганизмов: выделение естественных видоизмененных
форм - мутантов, которые появляются с частотой 1:107.
Генетическая
инженерия конструирует новые формы по плану и
целенаправленно. В этом
ее особенность и преимущество. В ней заключены неограниченные
возможности. За короткое время (15 лет) созданы десятки искусственных
микроорганизмов. Из клеток человеческого организма удалось выделить
гены, ответственные за биосинтез важнейших регуляторных белков -
гемоглобина, инсулина, интерферона и др. Они были встроены в ДНК
микроорганизмов и таким образом оказалось возможным получать ранее
совершенно недоступные биорегуляторы человеческого организма. Получены
промышленные партии человеческого интерферона.
Интерферон
(от лат. интерференция
- антагонизм) был открыт около 30 лет назад вирусологами -
сотрудниками Лондонского национального института. Это низкомолекулярный
белок - один из признанных факторов иммунитета, иммунологического
гомеостаза, защиты постоянства внутренней среды организма. Интерферон
действует только внутри клетки, не выходя за ее пределы. Антитела,
образующиеся в лимфоидной ткани и поступающие в кровь, сражаются с
врагами вне клетки. При этом они всегда специфичны вступают во
взаимодействие только с теми вирусами, в ответ на внедрение которых
образовались. А интерферон защищает клетку практически от всех вирусов,
поэтому его можно считать фактором общей, неспецифической защиты
организма. Еще одно отличие: антитело лишает вирус агрессивности,
соединяясь с ним, интерферон с вирусом не соединяется, а разрушает
генетический механизм его воспроизводства.
Изучение интерферона шло по двум основным направлениям. Первое: поиск
индукторов - химических соединений или вакциноподобных препаратов,
побуждающих организм к самостоятельному и усиленному производству
собственного эндогенного интерферона. Возглавляли это направление
зарубежные ученые, в основном американские. Результатов оно не дало.
Второе: разработка методов производства экзогенного интерферона -
готового лечебного препарата. Этой проблемой заняты наши ученые. Первая
лаборатория по биосинтезу интерферона создана в отделе вирусологии
Института эпидемиологии и микробиологии (ИЭМ) им. Н. Ф. Гамалеи в 1968
году, ставшего головным учреждением по государственной программе
изучения и производства интерферона.
Препарат начали готовить из лейкоцитов крови человека, так как
эффективен только интерферон, извлеченный из человеческих клеток.
Однако для его получения требуется огромное количество донорской крови.
По словам академика Ю. А. Овчинникова, даже крови всего человечества не
хватило бы для удовлетворения потребностей в интерфероне. На помощь
пришли микроорганизмы, генная инженерия, молекулярная биология. Задачу
решили коллективы сотрудников Института биоорганической химии им. М. М.
Шемякина АН СССР, Института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф.
Гамалеи, Института молекулярной биологии и генетики АН УССР и Института
вирусологии им. Д. И. Ивановского АМН СССР. Выделен ген, ответственный
за синтез интерферона, и встроен в ДНК кишечной палочки (Escherichia
coli). Новая бактерия, размножаясь, передает вновь возникающим клеткам
построенную по плану ученых новую ДНК. Эти рукотворные организмы
безотказно работают и в промышленных ферментерах. Преимущества нового
метода неоспоримы. Если из одного литра донорской крови получают одну
дозу препарата, то из такого же объема бактериальной взвеси - в 1000
раз больше. На заводе за 1 ... 1,5 рабочие смены можно произвести до 5
млн доз интерферона. Для получения такого количества из донорской крови
потребовались бы 25 млн доноров.
Технология получения препарата довольно проста: в ферментере
(напоминает трехлитровую банку со множеством датчиков) при температуре
+28 ... З7°С перемешивается питательная среда (ферментер
вращается), в
которой размножаются клетки бактерий. Через 6 часов образуется густая
жидкость. Из нее выделяется чистый интерферон - основа для
приготовления лекарства.
