(01) (02) (03) (04) (05) (06) (07) (08) (09) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) Представитель Общего директората научных исследований ЕС доктор М. Халлен (Бельгия) отметил, что в последние 5-6 лет произошел прорыв в области изучения генома: расшифрован геном человека, многих млекопитающих и растений. Больших успехов в Европе достигли и такие отрасли биологии, как нанобиотехнология, создание биосенсоров и системная биология. Основное направление сегодняшних исследований европейских ученых в молекулярной генетике - использование геномных технологий для лечения онкологических заболеваний, СПИДа, малярии и туберкулеза.
Безопасность продуктов питания, лекарств и защиту от неизлечимых болезней сможет обеспечить биотехнология. Об этом говорили на прошедшем в марте нынешнего года Третьем Московском международном конгрессе "Биотехнология: состояние и перспективы развития". Третий конгресс, одним из информационных спонсоров которого стал журнал "самый интересный журнал Наука и жизнь ", развил и дополнил тематику предыдущего форума, состоявшегося в конце 2003 года (см. "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 2, 2004 г.). Как и полтора года назад, на конгрессе обсуждались достижения и перспективы развития биотехнологии в приложении к самым разным отраслям - сельскому хозяйству, медицине, ветеринарии, промышленности, защите окружающей среды и управлению природными ресурсами. Евросоюз вкладывает деньги в здоровьеОтличительной чертой нынешнего конгресса стало участие в его работе представителей Евросоюза - руководителей различных научных направлений в области биотехнологии. В своих докладах они рассказали об основных европейских программах, к участию в которых приглашены и российские специалисты. На выполнение программ исследований в области наук о жизни и биотехнологии, рассчитанных на 2006-2013 годы, предусмотрено 10 млрд евро, в том числе 52,4 млн евро на медицинские исследования.
Еще одно направление геномики, выделенное в отдельную исследовательскую программу, - нутригеномика. Задача нутригеномики - применение генных технологий в производстве продуктов питания, обогащенных теми или иными веществами. В этой области Европа лидирует в мире. Исследователи считают, что своевременный переход на специальную диету может предотвратить диабет, остеопороз, онкологические и сердечно-сосудистые заболевания, болезни печени и кишечника, связанные с нарушением гомеостаза (устойчивости основных физиологических функций организма). Проводимые в ЕС исследования позволят уже в недалеком будущем разработать персонифицированные диеты для каждого человека.
Академик Польской академии наук А. Легоцки подчеркнул, что сегодня исследования в области геномики растений в Европе направлены на создание растений-биофабрик, продуцирующих те или иные полезные белки и ферменты. Иными словами, клетки растений становятся реакторами для получения различных пищевых добавок или лекарственных препаратов. Производство биологических реакторов стало возможным благодаря одному из открытий в молекулярной биологии. Обнаружено, что в клетках растений действует природная система, блокирующая работу генов небольшими фрагментами РНК. Ученые нашли способ "выключить" эту функцию РНК, чтобы заставить определенный ген вырабатывать нужный белок с максимальной эффективностью.
Биологическая безопасность: балансирование на гранивыгоды и рискаДиректор института питания РАМН академик В. Тутельян остановился на задачах, стоящих перед нутригеномикой. Он сказал, что генно-инженерные технологии помогают ученым в получении заданных свойств продуктов питания, например, в повышении содержания какого-либо белка, витамина или оптимизации жирового состава молока и мяса.
Однако продукты питания могут нести нам не только здоровье. По данным доктора К. Патерманна (Бельгия), число болезней, связанных с некачественным питанием, постоянно растет. Поэтому в ЕС вкладывают большие средства (15,9 млн евро) в исследования в области качества и безопасности пищевых продуктов: эпидемиологию, изучение влияния продуктов питания на здоровье, развитие методов анализа и контроля на протяжении всей пищевой цепочки - от семян и кормов до готовых продуктов.
Что касается создания генетически модифицированных растений (ГМР), по словам В. Тутельяна, пути назад уже нет: 75% выращиваемой в мире сои составляет трансгенная культура, более 30% от общей посевной площади приходится на генетически модифицированную (ГМ) кукурузу. На мировом рынке появились ГМ-продукты второго класса, которые в отличие от генетически модифицированных продуктов первого класса, содержащих лишь один "чужой" ген, имеют в составе генома целый комплекс новых генов, производящих не одно, а множество полезных веществ. Всего же в мире выращивается 81 разновидность генетически модифицированных растений. В 2003 году производство продукции из трансгенных растений в развитых странах увеличилось на 20%. А потому Институт питания РАМН видит свою задачу не в борьбе с генетически модифицированными растениями, а в совершенствовании системы оценки безопасности и налаживании контроля за оборотом всех видов ГМ-продукции.
В частности, В. Тутельян напомнил, что в российской пищевой промышленности с недавних пор широко используются добавки питательных веществ, выработанных трансгенными микроорганизма ми.
В России на сегодняшний день зарегистрировано 12 видов генетически модифицированных растений. Для предотвращения несанкционированного появления трансгенной продукции 90 центров санэпиднадзора ежегодно проводят 11 тысяч анализов на наличие генетически модифицированных компонентов в продуктах питания. Важно, что с октября 2002 года все ГМ-корма подлежат обязательной сертификации.
Академик В. Шевелуха отметил, что традиционные сельскохозяйственные культуры гибнут от засухи, вредителей и других стрессовых факторов. Известно, что 30% производимой сельхозпродукции уничтожается микроорганизмами, вирусами, грибами и другими вредителями. И, по мнению В. Тутельяна, именно токсины, выделяемые грибами (микотоксины), и некоторые другие природные загрязнители неантропогенного происхождения относятся к наиболее опасным для здоровья человека веществам. ГМР же, наоборот, эффективно борются с вредными для здоровья патогенными веществами и организмами.
Глобализация торговли продуктами растениеводства и животноводства требует наблюдения за качеством и безопасностью пищи на протяжении всей производственной цепочки, которая включает контроль кормов, мониторинг остаточного содержания лекарств и запрещенных к применению анаболических стимуляторов роста в продуктах животноводства, анализ на хлорорганические загрязнители, тяжелые металлы, микотоксины. Об этом говорили на заседании круглого стола "Биотехнология и ветеринария". В России такой контроль осуществляет Всероссийский государственный НИИ контроля, стандартизации и сертификации ветеринарных препаратов. По данным института, весьма опасны даже в крайне низких дозах хлорорганические загрязнители (к ним относятся в первую очередь диоксины и ДДТ), которые в основном поступают в нашу пищу с продуктами животного происхождения. Причем больше всего их присутствует в продукции из рыбы внутренних морей. Например, в рыбьем жире продукции из Балтийского моря этих вредных веществ содержится в 10 раз больше, чем в жире тихоокеанской рыбы.
В то же время вопрос о биологической безопасности трансгенных растений нельзя считать решенным. На секции "Биотехнология и сельское хозяйство" ученые докладывали о том, что ГМР несут угрозу биоразнообразию. В качестве примера приводились эксперименты ученых Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии. Они высадили в центре опытного поля трансгенную пшеницу, а вокруг, по кольцу, на расстоянии 1 м засеяли традиционную культуру. Спустя два месяца трансгенная пшеница разрослась, подобно сорнякам, а вся "обычная" погибла. Те же растения, которым все же удалось выжить, как показал ДНК-анализ, содержали чужеродный ген, присутствовавший в ГМ-пшенице. Так что проблема угрозы со стороны ГМР биоразнообразию существует в действительности.
На конгрессе говорилось о необходимости разработки системы оценки рисков, включающей в себя научные доказательства безопасности тех или иных пищевых продуктов (например, содержащих все те же ГМР), налаженный информационный обмен и грамотное управление рисками. Доклад об этом сделал профессор Г. Марвин из Института безопасности пищи (Нидерланды). Причем, по его мнению, оценку риска нужно начинать с почвы, и не только оценивать, но и обеспечивать ее безопасность современными биотехнологическими методами.
Отдельно стоят вопросы охраны территории России от распространения "коровьего бешенства". Принятые меры уже позволили сократить количество запрещенных к ввозу кормов, содержащих ткани жвачных животных (которые могут быть инфицированы вирусом "коровьего бешенства"), с 30% (!) в 2001 году до 5-6% в 2004-м.
Когда антибиотики бессильныНа секции "Биотехнология лекарственных препаратов" обсуждалась проблема формирования устойчивости (резистентности) микроорганизмов к антибиотикам. Из-за резистентности многие новые лекарственные средства теряют свою эффективность, едва успев появиться на полках аптек. Возникновению разновидностей бактерий, устойчивых к антибиотикам, в немалой степени способствует так распространившееся ныне бесконтрольное использование препаратов без назначения врача. Заметим, в Европе и США ситуация с резистентностью значительно хуже, чем в России. Например, к известному антибиотику пенициллинового ряда метациллину в России устойчиво лишь 6% штаммов стрептококков, а в Венгрии - 60%.
Итак, сегодня наше здоровье напрямую зависит от качества и безопасности продуктов, которые мы покупаем в магазине. Неслучайно академик В. Тутельян в своем докладе уделил внимание новой разработке Института питания - "Перечню веществ, необходимых для поддержания здоровья". Этот официально утвержденный документ включает наименования 100 пищевых и 60 биологически активных веществ, рекомендуемые уровни и верхние допустимые пределы их потребления, а также их основные источники.
Геном человека. Работа над ошибкамиГенетические заболевания, которые встречаются не чаще пяти случаев на 10 тысяч человек, относят к редким. Но проблема в том, что этих болезней насчитывается более 8 тысяч, поэтому в мире ими страдают порядка 25-30 млн человек. Так что "редкими" их называют довольно условно. Фармакологические компании не очень любят заниматься разработкой препаратов для лечения таких генетических "поломок" из-за очень высокого риска неудачи при весьма внушительных вложениях.
Один из эффективных способов перевести потерявшие активность антибиотики в формы, способные бороться с патогенными микроорганизмами, - это химическая модификация их молекул. Профессор М. Преображенская из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе РАМН рассказала на конгрессе об успешной работе по модификации сравнительно нового антибиотика - ванкомицина, резистентность к которому в США имеют уже 30% штаммов бактерий. Полученное в институте производное ванкомицина уже проходит клинические испытания. Новое вещество эффективно убивает патогенные микроорганизмы, с которыми не справляется ванкомицин, причем уничтожает их не только в крови, но и в тканях. Сейчас исследователи заканчивают работу над очередной химической модификацией ванкомицина, обладающей противовирусными свойствами. Этот новый препарат препятствует вхождению вируса в клетку, блокируя его прикрепление к клеточной мембране. Эксперименты показали, что синтезированное химическое соединение способно затормозить размножение ВИЧ, а также вируса атипичной пневмонии.
Все эти болезни дают о себе знать с самого раннего детства. Болезнь Гоше, которой сегодня страдают 4 тысячи больных, связана с потерей активности и дефицитом фермента глюкоцереброзидазы. В результате у больного поражаются печень, селезенка, костный мозг. Болезнь Фабри вызывается дефицитом лизосомного фермента альфа-галактозидазы А и проявляется поражением сосудистого эндотелия, что ведет к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы, почек и затем к инфарктам, почечной недостаточности и инсультам. Заболевание Помпе уносит жизни в очень раннем возрасте - дефицит d-D-глюкозидазы вызывает у больных нарушение мышечной активности и моторики, что делает необходимой искусственную вентиляцию легких.
Тем не менее работы в этом направлении ведутся. О применении биотехнологии для лечения генетических "поломок", связанных с недостаточностью одного из лизосомных ферментов, на конгрессе доложила доктор У. Штольцле из немецкого филиала американской компании "Джензайм". Лизосомные болезни накопления, которыми в среднем болеет один человек из 10 тысяч населения, относятся к редким. Они обычно протекают очень тяжело и приводят к смерти в детском возрасте. На сегодняшний день известно около 40 таких генетических "сбоев". Лизосомные болезни накопления обусловлены изменениями в генах, контролирующих синтез ферментов, отвечающих за расщепление макромолекул - глюкозаминогликанов, гликолипидов и гликопротеинов - внутри лизосом. Из-за отсутствия ферментов эти макромолекулы остаются нерасщепленными и накапливаются в лизосомах, одновременно с этим увеличивается число лизосом в клетках различных тканей организма. Клетки увеличиваются в размерах, их нормальное функционирование нарушается, и человек погибает.
Лизосомных ферментов в клетках человека содержится мало, поэтому получать ферментный препарат непосредственно из клеточного материала очень дорого и трудоемко. Сегодня биотехнологи переходят на производство генно-инженерных, рекомбинантных ферментов. Вкратце технология заключается в том, что в бактериальную ДНК встраивается человеческий ген недостающего фермента. Затем "заплатанную" таким образом (рекомбинантную) ДНК размножают и запускают синтез необходимого фермента в бактериальной культуре. В результате получается "человеческий" фермент, который способен участвовать во всех биохимических циклах клетки. Уже успешно прошли клинические испытания рекомбинантные ферментные препараты, способные излечить болезни Гоше, Фабри и Помпе.
Раньше лечение лизосомных болезней накопления было симптоматическим, то есть лишь облегчающим внешние проявления болезни. Разработка ферментных препаратов-заместителей (в 1991 году фирма "Джензайм" впервые начала лечить болезнь Гоше с помощью недостающего организму фермента - выделенной и очищенной человеческой глюкоцереброзидазы) фактически открыло новую эру в терапии неизлечимых ранее недугов. Ферментозаместительная терапия дает возможность пациентам жить нормальной жизнью.
В 2004 году за эту новаторскую технологию руководитель работы академик Андрей Дарьевич Мирзабеков был посмертно удостоен премии "Молекулярная биоаналитика" немецкого Общества биохимии и молекулярной биологии. В противотуберкулезных центрах Москвы и Новосибирска уже применяется комплекс на основе биочипов для экспресс-диагностики туберкулеза с одовременным выявлением его лекарственно-устойчивых форм. С помощью такого биочипа сроки проведения анализа сократились с 60 дней до одного. Метод был испытан на трех тысячах пациентов, оказалось, что надежность диагностики превышает 90%.
Биочипы, распознающие предвестники лейкоза Биотехнологические мет оды широко используются при молекулярной диагностике различных заболеваний. Одна из таких недавних разработок Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН) - диагностикум, основанный на нанотехнологии. В микроячейки биочипов, которые содержат молекулы и фрагменты ДНК (или белковые молекулы) исследуемых образцов, добавляют флуоресцентно меченные специфические молекулярные зонды. Меченые молекулы избирательно взаимодействуют с теми или иными фрагментами ДНК или белковыми молекулами, давая возможность количественно и качественно определить искомый компонент в анализируемых пробах. Такие биочипы позволяют оперативно обнаруживать микроорганизмы и вирусы в плазме крови, определять предрасположенность к наследственным и онкологическим заболеваниям, устанавливать индивидуальную непереносимость тех или иных лекарственных препаратов. Особенность технологии, разработанной в Институте молекулярной биологии РАН, - одновременное функционирование нескольких тысяч молекулярных зондов, распознающих одну из множества биологических молекул или их фрагментов. На 1 см2 матрицы чипа размещается до тысячи ячеек. Биологические микрочипы, подобно электронным, обрабатывают огромные массивы цифровой информации, считанной с биологического материала.
Хрящи можно вырастить в пробирке Профессор И. Савченкова из Института стволовой клетки представила на конгрессе пионерскую работу по тканевой инженерии. Впервые в России ученые вырастили трехмерные трансплантаты хрящевой ткани человека вне организма.
Другой вариант диагностического биочипа для обнаружения и типирования хромосомных перестроек, предшествующих лейкозу, был успешно применен к 500 пациентам Института детской гематологии Российской детской клинической больницы Минздрава РФ и сейчас апробируется в Центре гематологической и онкологической педиатрии в Бразилии.
В институте разработан уникальный метод, позволяющий выращенным стволовым клеткам плотно заселять объемную матрицу - носитель будущего трансплантанта (матрикс) и сохранять при этом свои свойства. Культивация таких клеток в трехмерном матриксе в присутствии специального вещества, заставляющего их перерождаться в хрящевые клетки (хондроциты), приводило к формированию в пробирке объемных кусочков хрящевой ткани. С помощью этого метода становится возможным выращивать трансплантаты хрящевой ткани из собственных стволовых клеток человека.
В Институте стволовой клетки была разработана методика культивации стволовых клеток, выделенных из подкожно-жировой прослойки пациента. Препарат клеток получают методом липоаспирации (отсасывания жировой ткани) под местной анастезией. Затем клетки высеваются в специальную среду, из них отбираются стволовые. Выращенная культура стволовых клеток проходит тщательное исследование на наличие какой-либо инфекции, изучаются морфология клеток и иммунологические характеристики.
В программе исследований предусмотрен новый совместный проект Института стволовой клетки и Российского онкологического научного центра им. Н.Н.Блохина. Планируется выращивание "в пробирке" не просто кусочков хрящевой ткани, а трахей из собственных стволовых клеток жировой ткани пациента. Если испытания пройдут успешно, искусственно выращенные трахеи будут использоваться в послеоперационной реабилитации больных раком гортани.
Выращенные "в пробирке" трехмерные трансплантаты хрящевой ткани человека сейчас проходят доклинические исследования в организме иммунодефицитных животных (чтобы избежать отторжения), куда они были вшиты подкожно.
Формирование устойчивости к известным антибиотикам становится одной из серьезнейших медицинских проблем в развитых странах. На графике показан рост числа больных сальмонеллезом (в %), у которых возбудитель болезни стал устойчивым к действию пяти самых распространенных антибиотиков (США).
Кандидат химических наук Т. ЗИМИНА, специальный корреспондент журнала "самый интересный журнал Наука и жизнь ". В рамках конгресса "Биотехнология: состояние и перспективы развития" проходила Третья международная специализированная выставка "Мир биотехнологии-2005", на которой были представлены последние разработки российских и зарубежных предприятий. Апрель 2005 года.
В лабораториях биотехнологической компании "Джензайм" разрабатывают и производят новые ферментные препараты для лечения редких лизосомных болезней накопления.
Лизосомные болезни накопления относятся к редким генетическим болезням. Они связаны с различными "генетическими поломками", в результате которых в клетках перестает синтезироваться один из так называемых лизосомных ферментов. На сегодняшний день описан механизм примерно 40 таких заболеваний. На схеме показано, что происходит с клетками головного мозга, внутри которых отсутствует один-единственный фермент - гексоаминидаза А (болезнь Тея-Сакса). Дефицит этого белка в лизосомах приводит к тому, что молекула сфинголипида (ганглиозида GM2) остается нерасщепленной и накапливается в вакуолях. От множества вакуолей с "непереваренным" ганглиозидом GM2 клетка постепенно раздувается. Болезнь протекает очень тяжело, сопровождается симптомами умственной отсталости, параличом и приводит к смерти в 2-5-летнем возрасте. Разработка биотехнологических методов получения препарата фермента, недостающего организму, для таких больных - единственная надежда на спасение.
Так выглядит портативный флуоресцентный анализатор биочипов со специальным программным обеспечением, разработанный в Институте молекулярной биологии РАН. С его помощью можно проводить экспресс-анализ на наличие определенных генов, белков, бактерий и вирусов в биологическом материале.
(01) (02) (03) (04) (05) (06) (07) (08) (09) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91)
|
|