Таблетки на грядке

17.01.200635540

Вначале были микробы



Манифестом биотехнологической революции стала статья Стенли Коэна и
Герберта Бойера в «Докладах национальной академии наук США» (1973) об успешном
переносе человеческого гена в плазмиду кишечной палочки. Сразу же после этого
(всем бы революционерам такое здравомыслие!) они в одностороннем порядке
объявили мораторий на свои исследования и призвали к этому своих коллег. Вскоре
в многочисленных международных и национальных нормативных актах были утверждены
(и до сих пор продолжают совершенствоваться) правила работы с рекомбинантными
организмами. А собственно революция произошла 15 октября 1980, на следующий
день после того, как компания «Genentech» получила последний из необходимых
сертификатов на производство человеческого инсулина. Через двадцать минут после
начала торгов на Нью-Йоркской фондовой бирже акции компании подорожали в два с
лишним раза. Коэн и президент фирмы Роберт Суонсон, которые за несколько лет до
этого скинулись по 500 долларов на организацию фирмы, в одночасье стали
миллионерами.



С помощью трансгенных бактерий сейчас производят сотни лекарственных веществ.
Зачем и какие? Вот несколько примеров. В работе иммунной системы важную роль
играют интерфероны. Помогают они и при банальном ОРЗ, и при таких тяжелых
болезнях, как рак или рассеянный склероз. К рассеянности, кстати, он не имеет
никакого отношения. При этом заболевании собственная иммунная система начинает
атаковать клетки нейроглии, играющие роль изоляторов в нервной системе, и из-за
коротких замыканий между нейронами больной теряет координацию движений, слепнет
и в конце концов умирает.



Чтобы обеспечить хотя бы самых тяжелых больных натуральными человеческими
интерферонами, всему населению Земли пришлось бы стать почетными донорами. А
для того, чтобы вылечить всех лилипутов, у которых нарушен синтез гормона
роста, пришлось бы переработать гипофизы всех поступающих в морги трупов.
Другого источника в природе не существует.



Активный и пассивный



Может быть, вам никогда не придется столкнуться с Адренокортикотропным
гормоном, который помогает при ревматизме, Альфа-Антитрипсином, которым лечат эмфизему, и далее по
списку из десятков человеческих белков, полученных генноинженерными методами,
до Эритропоэтина. Его применяют при анемии, а заодно – в качестве допинга: он
стимулирует образование эритроцитов. Ювенильный гормон личинок применяется при
выращивании культур клеток насекомых, а на букву Я в растениях ничего
трансгенного, кажется, еще не производят.



А вот с вакцинами каждый из нас встречается еще в роддоме. Вакцинацией называют
два совершенно разных по механизму способа воздействия на иммунитет.



Для профилактики инфекционных заболеваний в организм вводят ослабленные или
убитые бактерии или вирусы. Главное – убить их настолько, чтобы они были не в
состоянии вызвать болезнь, но сохранить неповрежденными белки на их
поверхности. Иммунная система человека или животного вырабатывает специфичные к
этим белам антитела – белковые глобулы из четырех субъединиц, активная часть
которых совпадает с молекулой антигена, как замок с ключом, и при следующем
контакте с уже знакомым антигеном иммунный ответ развивается быстро и
интенсивно. Это – активная иммунизация.



Если зараза уже проникла в организм, применяют пассивную иммунизацию. Для этого лошадям вкалывают лошадиные дозы
вируса менингита или энцефалита, дифтерийной или столбнячной палочки и т.д. Из
лошадиной крови извлекают антитела, вводят их в кровь больного, а там они
присоединяются к молекулам токсина или к белкам на поверхности соответствующей
бактерии и вируса и меняют свою конфигурацию. На клетки иммунной системы это
действует так же, как на овчарку – команда «фас!»



Главный минус традиционных способов получения вакцин – то, что для этого
приходится в больших количествах выращивать возбудителей особо опасных
инфекций. Но ведь и специфические для каждого микроба или вируса антигены, и
антитела – это белки, а последовательность аминокислот в них определяется генами.



Гладко было на бумаге



Выделить ген нужного белка и ввести его в бактериальную плазмиду – это даже
не полдела. В лучшем случае бактерия будет синтезировать просто цепочку
аминокислот. Из полуфабриката необходимо удалить лишние участки, сложить молекулу
в трехмерную структуру, соединяя входящие в состав аминокислот атомы серы
сульфгидрильными связями, присоединить к аминокислотам сахарный остаток (это
называется гликозилированием) и выполнить фосфорилирование, ацетилирование,
гамма-карбоксилирование и так далее. Для этих трансформаций необходимы десятки
ферментов, которых нет в бактериальной клетке.



Чаще всего трансгенные бактерии выполняют только начальные этапы синтеза
белков, а остальное приходится делать методами обычного химического синтеза или
с помощью ферментов, полученных в соседнем биореакторе. Многие лекарственные
белки синтезируют с помощью дрожжей – это организмы хоть и одноклеточные, но,
как и мы с вами, эукариотические. В отличие от бактерий, хромосомы у дрожжей
линейные, а не кольцевые, и находятся в ядре, а не плавают в цитоплазме. И
биохимия у всех прокариот примерно одинаковая. И искусственные хромосомы
дрожжей – такой же привычный инструмент генетиков, как бактериальные плазмиды.
Но генетически модифицированные дрожжи, синтезирующие чужой и ненужный им
белок, намного капризнее, чем те, которые используют при изготовлении хлеба или
пива. А современный биореактор намного сложнее своего прототипа – бидона с
бражкой. И выстраданный годами трудов штамм в любой момент может мутировать,
заразиться посторонней микрофлорой или погибнуть из-за отклонения условий в
ферментере на шаг влево или вправо от оптимального.



Просто добавь воды, или Съел – и порядок



А ведь в хромосомы растений тоже можно внедрить нужный ген. И системы
ферментов, которые примут чужой белок за родной и начнут его
сульфатировать-миристилировать, у нас с вами и у растений часто одни и те же. А
главное – для получения биомассы растений не надо ни сложного оборудования, ни
квалифицированного персонала, который его обслуживает.



Первые растения табака и картофеля, продуцирующие поверхностный антиген вируса
гепатита, вырастили в начале 1990-х. Сейчас на разных стадиях клинических
испытаний находятся десятки растительных вакцин – от того же гепатита, СПИДа,
бешенства, холеры, диареи путешественников и других болезней, в том числе
антитела к главному врагу рода человеческого по имени Streptococcus mutans, который вызывает кариес. А новые
растения-вакцины появляются чуть ли не каждую неделю. Создана даже кукуруза, в
которой синтезируются антитела… к белкам сперматозоидов!



Если немного подумать – какая разница нам, пациентам, как получили то, что нам
колют в прививочном кабинете? Тем более что стОят такие вакцины не дешевле обычных. А если подумать еще
немного? Тогда можно обойтись без уколов!



Белок-антиген из трансгенных помидоров, бананов, морковки и других съедобных в
сыром виде овощей и фруктов не надо выделять в чистом виде. Съедобные вакцины
не нужно хранить в холодильнике. Для их применения не нужен ни врач, ни даже
медсестра. Все это особенно важно для бедных стран с жарким климатом. Конечно,
бесконтрольно объедаться лечебно-профилактическими бананами не следует, и лучше
всего выпускать съедобные вакцины в виде сублимированных соков. Это и недорого,
и обеспечит идеальные условия хранения и дозировку.



Кроме того, если вакцину вводить с помощью инъекции, она хорошо стимулирует
только системный иммунитет,
обеспечивающий защиту от тех микробов и вирусов, которые уже проникли в кровь и
внутренние органы. А если белок-антиген, даже частично разрушенный
пищеварительными ферментами, контактирует с клетками слизистой оболочки
кишечника, это активирует и общий иммунитет,
и мукозный (лат. mucus – слизь). Он
работает именно в тех местах, через которые чаще всего проникает инфекция – в
слизистых оболочках, покрывающих органы пищеварительной, дыхательной,
мочеполовой систем.



В кишечнике чужеродный белок распознают специальные М-клетки. Они захватывают
антиген и переносят его к перитонеальным (внутрибрюшинным) макрофагам –
амебоподобным клеткам, которые ловят и переваривают всё чужеродное. Часть
М-клеток мигрирует в лимфоидные образования тонкого кишечника (пейеровы
бляшки). Это учебный класс, в котором ждут инструкций так называемые наивные
(ни на кого не натасканные) В-лимфоциты, только что выпущенные из начальной
школы – селезенки. «Инструкторы» – T-лимфоциты-хелперы, обнаружив новый
антиген, дают В-клеткам обнюхать его, и те, потеряв наивность, перемещаются в
кровь, а оттуда – в лимфатические узлы. Там В-лимфоциты созревают и
превращаются в плазматические клетки, синтезирующие специфические к антигену
антитела. Плазматические клетки циркулируют в крови, обеспечивая системный
иммунитет. А попадая в слизистые оболочки, они выделяют на поверхность
иммуноглобулины IgA, которые связываются с тем антигеном, с которого все
началось, и не дают вирусу или микробу проникнуть в ткани.



Сложно? А ведь это только один абзац из учебника по иммунологии, да еще и
сильно адаптированный для «чайников».



ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ



Синяя роза – эмблема джинсы



И здесь вначале были микробы – рода Pseudomonas. Многие их виды способны
питаться гадостью вроде толуола, ксилола, фенола и нафталина. В процессе
удовлетворения научного любопытства (с возможным побочным продуктом в виде
борьбы с загрязнением среды) еще в 1983 году исследователи под руководством B.D.Ensley
обнаружили, что питательная среда, в которой жили кишечные палочки с геном
псевдомонады, отвечающим за превращение нафталина в салициловую кислоту,
посинела.



Происходит это так. Собственный фермент кишечной палочки, триптофаназа,
превращает аминокислоту триптофан в индол. У псевдомонады этого фермента нет, и
для нее триптофан – вещество несъедобное, зато индол она окисляет до
цис-индол-2,3-дигидродиола с помощью нафталин-диоксигеназы, которая
закодирована в том самом участке HindIII
плазмиды NAH7, который вставили в плазмиду pBR322, которую из научного
любопытства размножали с помощью культуры Esсherichia coli. Уфф… Зато дальше
все просто: цис-индол-2,3-дигидродиол спонтанно отщепляет от своей молекулы
гидроксильную группу, а получившиеся молекулы индоксила под действием кислорода
попарно объединяются в молекулу индиго.



Даже если на заводе по производству бактериального индиго случится авария,
окрестные жители не пострадают от отравления. А капризные трансгенные микробы в
природе не выживут.



Но
получать индиго из нефти и угля пока что выгоднее. А если сэкономить сразу и на
процессе окраски, и даже на строительстве завода? Берем хлопок, лет десять
тратим на то, чтобы вставить в него триптофаназу с нафталин-диоксигеназой и
добиться, чтобы бактериальные гены и ферменты заработали в растительных клетках
(и желательно только в коробочках, чтобы растению было легче жить), потом еще
лет пять обычной селекционной работы – и вот вам результат: по слухам, одна из
американских биотехнологических компаний уже вырастила опытную делянку синего
хлопка и обещала, что в 2005 году на рынке появятся натурально синие джинсы.



Над выведением синих роз работает много фирм в разных странах. Та из них,
которая придет к финишу первой, сможет получить неплохую прибыль. Я бы такую
розу купил, вложив несколько условных единиц в $1,2 миллиарда годового оборота
продаж срезанных роз.



Золотой – и даром



От острой нехватки витамина А в мире страдают 230 миллионов человек. По
крайней мере один миллион детей в год умирает от болезней, связанных с его
дефицитом. Еще полмиллиона слепнет из-за нехватки витамина А в горсточке риса,
которая составляет основу дневного рациона большинства населения бедных стран
Азии.



В 2001 году группа ученых из Швейцарии под руководством Инго Потрикуса, одного
из отцов «зеленой революции» 1960-х, предложила всем желающим государственным
организациям бесплатно получить семена трансгенного «золотого» риса с
повышенным содержанием бета-каротина
– предшественника витамина А. На его создание ушло 10 лет и $2,6 млн,
выделенных Фондом Рокфеллера, Европейским Союзом и правительством и
Национальным фондом науки Швейцарии при помощи швейцарской биотехнологической
компании AstraZeneca. Но активисты «Гринписа» (его годовой бюджет – более
$100 млн), «Друзья Земли» и другие экоэкстремисты убедили правительства
развивающихся стран, что:



1) этот бесплатный сыр – неспроста,

2) красная икра намного полезнее.



По расчетам ученых, для спасения от авитаминоза А самым бедным жителям нашей
планеты хватило бы 300 г золотого риса v.1.0 в день. По обсчетам «зеленых» –
необходимо около 7 кг. А против посадок золотого риса зеленые пригрозили
предпринять «прямые действия». Первый сорт золотого риса остался
невостребованным.



В 2005 преемница АстраЗенеки, компания Syngenta, предложила развивающимся
странам вторую freeware версию золотого риса. В нем каротина в 20 раз больше,
чем в первом, и всего в 5 раз меньше, чем в морковке. С целью закабалить народы
проклятые капиталисты вместе с продажными учеными из местных институтов ведут
работу по созданию пшеницы, африканской белой кукурузы, маниока, бататов,
бананов и т.д., обогащенных каротином и железом. (Много железа содержится в
мясе, рыбе и яйцах, и нехватку железа в мире испытывают 400 млн женщин.
Мужикам, даже бедным, легче – они не теряют гемоглобин в критические дни, не
вынашивают детей и не кормят их грудью и поэтому реже страдают от анемии.)
Доберутся ли до африканцев трансгенные ямс и сорго?



Если вы увидите зеленых сектантов с плакатом «Долой трансгены» – плюньте в их
сторону три раза. От себя, от меня и еще от народов Азии, Африки и Латинской
Америки.



Мыши не болеют СПИДом и гепатитом и не
едят помидоров



Но на ком же еще испытывать новые лекарства? Пришлось кормить мышей
томатной пастой через катетер.



В конце 2004 года ученые из ГНЦ вирусологии и биотехнологии "Вектор"
в Новосибирской области испытали на мышах комплексную томатную вакцину от ВИЧ и
гепатита В. Исследователи синтезировали химерный ген, кодирующий белок с
участками, характерными для обоих вирусов, ввели его в хромосомы томатов,
отобрали из полученных растений лучшие и убедились, что у их потомков трансген
сохраняется без изменений.



У мышей после первого же кормления восстановленным трансгенным соком
формируется мукозный иммунитет против обоих вирусов, а после второго появляется
системный иммунитет – соответствующие антитела обнаруживаются в крови.



Чтобы довести кандидатную вакцину до клинических испытаний на людях, нужно еще
несколько лет и хотя бы $200 000 в год. Ищем…



Совсем коротко



Генетики очень любят арабидопсис (Arabidopsis thaliana, он же – резушка
Таля) за его простой и доступный геном. Что они с ним только не выделывают!
Например, ученые из Копенгагенского университета и датской фирмы Aresa
Biodetection заставили его краснеть в присутствии окислов азота, которые
выделяют забытые на полях сражений мины. Саперы-люди теперь будут реже
ошибаться второй раз.



Ученые из Нижнего Тагила засадили трансгенными тополями, привезенными из
Фрайбургского университета (Германия), отвалы заброшенного рудника. Тополя
впитывают в себя соли тяжелых металлов и переводят их в безопасные
нерастворимые соединения.



Индийская горчица хорошо поглощает из почвы селен. Ученые из университета
Калифорнии в Беркли для начала усилили эту способность более чем в пять раз.
Теперь они планируют заставить растение впитывать еще в 20 раз больше ядовитого
металла и даже превращать селен в безопасное летучее соединение и выпускать его
через листья в воздух.



Исследователи из московского Института общей генетики вывели табак, который
содержит белок паутины – спидроин. Его содержание в листьях достигает 0,5% от
всех растворимых белков – для начала неплохо. А паутина по прочности не
уступает кевлару.



Французские биотехнологи внедрили в клетки картофеля взятый из табака ген, управляющий
синтезом фермента нитратредуктазы, который превращает нитраты в нитриты. У
некоторых растений содержание нитратов в картофелинах уменьшилось на 95%.
Правда, нитриты еще вреднее, чем нитраты, поэтому ученые планируют внедрение в
картофель гена нитритредуктазы, превращающей нитриты в аммиак.



В Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск)
трансформировали кукурузным геном осину, тополь и сибирскую сосну (ее по
традиции неправильно называют кедром). Такие деревья синтезируют больше
растительного гормона роста – ауксина – и растут намного быстрее обычных. Если
сажать их на плантациях вокруг деревообрабатывающих предприятий, это позволит
не только сократить транспортные расходы, но и сохранить от вырубки пока еще
нетронутую тайгу.



Листья разработанной в Эдинбургском университете картошки светятся, когда
растениям не хватает влаги. Если вы опасаетесь, что белок медузы Aequorea
victoria повредит вашему здоровью, можете посадить такие кусты на краю поля в
качестве индикаторов. Или на подоконнике – для красоты.



И так далее…



Александр Чубенко, интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» href="http://www.cbio.ru/">http://www.cbio.ru

Статья опубликована в журнале «Популярная механика», № 12-2005




Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей