биотехнологий.
Большинство так или иначе слышали это слово и, часто кажется, даже понимают, о чем идет речь. Но сколько копий сломано юристами, прежде чем начали вызревать какие-то устоявшиеся формулировки! Да и случилось это лишь недавно. А с некоторыми областями темы, например, клеточными технологиями, не все понятно и до сих пор.
Несмотря на бурные дискуссии вокруг биотехнологий, вспыхнувшие в последнее десятилетие — история биотехнологий насчитывает уже не один век. Использование микроорганизмов или их ферментов для обеспечения некоторых технологических процессов в промышленном производстве применялись издавна. Самый простой тому пример — выпечка хлеба с использованием дрожжей.
Сам же термин «биотехнология» несколько моложе. В 1917 году его ввел в научный оборот венгерский инженер Карл Эреки. И только уже в 70х годах XX века ученые начали использовать этот термин по отношению к рекомбинантной ДНК и культурам клеток, выращиваемых in vitro. Затем, еще какое-то время, этот термин в основном применялся в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. А в настоящее время биотехнологии основаны на множестве достижений в таких областях науки как генетика, молекулярная биология, биохимия, эмбриология, клеточная биология, а кроме них на химических, информационных технологиях и даже робототехнике1.
Поскольку число точек применения для биотехнологий неуклонно росло — давно велись попытки хоть как-то классифицировать и упорядочить эту область. Интересной представляется, например, цветовая классификация. Идея именно такой типологии с помощью цвета зародилась в 2003 г. на американо-европейской встрече по биотехнологиям и была предложена ученым Ритой Колвел, директором Национального американского фонда.
Первая эта классификация состояла всего из трех цветов: красного — биомедицина, зеленого — сельскохозяйственная биотехнология и белого — промышленная биотехнология. Забавно, что в итоге получился флаг Италии и несмотря на случайный каламбур, на время, именно он стал считаться также флагом и биотехнологий2.
В дальнейшем добавилась еще синяя — «морская», или иначе говоря технология аквакультуры. Также довольно часто в современных российских работах упоминается желтая биотехнология — «пищевая» и серая — «экологическая»3. Мы, конечно, в силу тематики этой книги будем подробно говорить именно о «красных», а именно медицинских биотехнологиях.
В рамках этого направления разрабатываются такие современные методы лечения и диагностики как, например, вакцины, антитела; терапевтические белки, антибиотики, препараты на основе стволовых клеток, генная терапия и наноустройства. Но обо всем поподробнее4.
Как сделать вакцину?
Можно начать с вакцин — ведь в предыдущей главе мы как раз обсуждали успехи российской фармы, продемонстрированные в период COVID-19. При создании вакцин используются как раз методы биотехнологий.
Например, вакцины могут быть клеточными. В этом случае в качестве материала для вакцины используется специально отобранная бактерия, которая в норме может даже жить в нашем организме, или аналогичный микроорганизм, который вызывает только лёгкую, не опасную инфекцию. Такие микроорганизмы можно генетически модифицировать, добившись, например, эффекта, при котором наша иммунная система увидит в них более серьезную угрозу, чем есть на самом деле, а попутно обучится защищаться. Такие вакцины еще называются живыми аттенуированными вакцинами, (аттенуировать — ослаблять). Разумеется, чтобы уменьшить риски для прививаемого человека. Для этого микроорганизм могут подвергать различным неблагоприятным для него факторам или культивировать в тяжелой для бактерии среде, чтобы значительно ослабить. Ведь антигены, с которыми нужно познакомить иммунитет, останутся на поверхности бактериальной клетки теми же самыми, а вот сил на заражение организма уже не останется. Вакцины такого типа созданы в частности против оспы, полиомиелита, кори, паротита, краснухи, желтой лихорадки и некоторых других заболеваний. Одной же из самых известных живых аттенуированных вакцин является БЦЖ, помогающая в защите от туберкулеза5,6. Именно от нее, кстати, на левом плече остается след после прививки в детстве, характерный рубец округлой формы.
Также существует технология производства вакцин с помощью инженерных вирусов. Работает это примерно следующим образом — в ДНК вируса добавляют нужные новые фрагменты, после чего, изменённый генно-инженерным путем, вирус может продуцировать ряд чужеродных белков, с помощью которых и удается обеспечить защиту от инфекционного заболевания.
Не менее технологичны и в чем-то похожи в своем создании ДНК-вакцины. Для их создания отбираются нужные фрагменты ДНК, кодирующие чужеродные белки. Затем к ним добавляются последовательности белков, которые могут усиливать иммунный ответ, после чего материал объединяют и обрабатывают. Получается плазмида, которая вместе с вакциной проникает в организм во время прививки. Плазмида встраивается в клетку и может синтезировать чужеродные белки, вызывая иммунный ответ7.
Созданием высокотехнологичных вакцин в нашей стране, помимо тех научных учреждений и компаний, которым мы уже посвятили время в главе об инфекционных заболеваниях, занимается, инновационная компания «Микроген».
Эта компания является крупнейшим национальным производителем иммунобиологических препаратов. Обладая высоким научным и производственным потенциалом «Микроген» занимает лидирующее положение в отрасли — производит продукцию по полному циклу из отечественного сырья, разрабатывает и, конечно, активно проводит исследования новых лекарственных средств.
За последние пять лет, к примеру, специалисты компании разработали целый ряд инновационных отечественных продуктов. Сюда можно отнести трехвалентную вакцину «Совигрипп», применяющуюся для профилактики населения от гриппа в рамках Национального календаря профилактических прививок. Кроме клинических исследований при создании этой вакцины были проведены три многоцентровые масштабные наблюдательные программы в которых приняли участие около 15000 человек.
Это очень солидная выборка!
Также, на текущий момент завершены клинические испытания первой культуральной живой комбинированной вакцины «Вактривир», способной защищать сразу от трех заболеваний. От кори, паротита и краснухи.
Представьте, насколько это удобнее для прививаемого, по сравнению с тремя отдельными введениями!
Такая вакцина будет готовиться как раз методом культивирования аттенуированного штамма вируса на первичной культуре клеток эмбрионов перепелов, что исключит вероятность развития аллергии на куриный белок, с которой иногда сталкивались ранее.
В целом же в портфеле «Микроген» почти два десятка различных вакцин и их число неуклонно растет. А сами вакцины — лишь малая часть от того, чем занимается эта крупная компания, также производя бактериофаги (кстати это единственный официальный производитель таких биопрепаратов в стране), ботулотоксин для использования в косметологии и многие другие препараты8.
Молекулярная инженерия — переписывая код
Одни из самых захватывающих примеров развития и использования медицинских биотехнологий нашего времени вершатся в области молекулярной инженерии.
В целом — это наука, которая занимается изучением и изменением последовательности ДНК, то есть той самой цепочки нуклеотидов, в которой двойной спиралью зашифрована наша генетическая информация. Пользуясь широким инструментарием молекулярных технологий, генная инженерия способна вырезать и встраивать в ДНК клеток нужную генетическую информацию.
Но как же это работает?
Первым исследованием, показавшим возможность активного внедрения в генетический аппарат эукариот (клеток, имеющих ядро), стали работы, проведенные
