Технологии биотехнологии: ферментеры и моноклональные антитела

Начало брошюры см. href="http://www.cbio.ru/v5/modules/news/article.php?storyid=1799">здесь.

В этой главе приведена информация о ряде новых
биотехнологических методик, которые используют клетки или биологические
молекулы, а также о примерах их применения в медицине, сельском хозяйстве,
пищевой промышленности, производстве и контроле состояния окружающей среды.

Ферментация

В этой самой старой из всех методик,
применяемых в биотехнологии, для производства желаемых продуктов используются
живые клетки или молекулярные компоненты их «производственного оборудования». В
качестве живых клеток, как правило, используются одноклеточные микроорганизмы,
такие как дрожжи или бактерии; из молекулярных компонентов чаще всего находят
применение различные ферменты – белки, катализирующие биохимические реакции. (В
англоязычной литературе, в т.ч. и в этой брошюре, используется практически не используемый
в русском языке термин “bioprocessing” – биопроцессинг, биообработка).

Разновидность
ферментации – микробное брожение –
неосознанно использовалась человеком
в течение не одной тысячи лет для производства пива, вина, дрожжевого хлеба и
консервированных продуктов – квашеных овощей, соленой (на самом деле –
ферментированной) рыбы и т.п. Когда в середине 18 века была открыта роль микроорганизмов
в брожении и люди осознали, что именно биохимическим процессам их
жизнедеятельности мы обязаны существованием всех этих продуктов, применение методов
ферментации значительно расширилось. В настоящее время мы используем довольно
широкий спектр возможностей природных микроорганизмов, которые обеспечивают
производство необходимых нам продуктов, таких как антибиотики,
противозачаточные средства, аминокислоты, витамины, промышленные растворители,
красители, пестициды и добавки, необходимые для приготовления пищи.

Микробная
ферментация, в комбинации с методом рекомбинантных ДНК, используется для изготовления
большого количества продуктов биологического происхождения: человеческого
инсулина; вакцины против гепатита В; фермента, используемого для изготовления
сыра; разлагаемой микроорганизмами пластмассы; ферментов, входящих в состав
стиральных порошков и многого другого. Кроме того, ферментеры используются для
выращивания культур самых разных животных и растительных клеток.

Моноклональные антитела

Технология моноклональных антител использует
клетки иммунной системы, синтезирующие белки, называемые анителами. Мы все не
понаслышке знаем о высокой степени их специфичности. Так, антитела,
произведенные иммунной системой в ответ на инфицирование вирусом гриппа в этом
году, совершенно бессильны против слегка измененного штамма вируса гриппа в
следующем году. (Специфичность обеспечивается способностью каждого типа антител
избирательно связываться только с определенными молекулами.)

Специфичность антител делает их также мощными диагностическими инструментами. С их помощью можно определить наличие минимального количества искомых субстанций, а также измерить их содержание с высокой точностью. Например, моноклональные антитела (МАТ, в англоязычной литературе MAb) используются для:

- обнаружения загрязнителей окружающей среды;
- проверки пищевых продуктов на наличие
опасных микроорганизмов;
- распознавания злокачественных клеток среди
нормальных;
-
диагностики инфекционных заболеваний человека, животных и растений.

МАТ не
только незаменимы при диагностике заболеваний, но также могут быть использованы
в качестве высокоспецифичных терапевтических
средств. Они могут осуществлять избирательную доставку химиотерапевтических
агентов к клеткам опухоли, не затрагивая при этом здоровые клетки организма.
Существуют также моноклональные
антитела для лечения реакций отторжения трансплантата и аутоиммунных
заболеваний. В этих случаях действие антител
направлено против клеток иммунной системы, участвующих в патологических
процессах; другие иммунные механизмы при этом не страдают.

МАТ для лечения иммунопатологических
заболеваний

Муромомаб-CD3 (Muromomab-CD3, OKT3) используется для предотвращения развития острой реакции отторжения
трансплантатов. Модифицированная версия OKT3 подает надежды в ингибировании
аутоиммунного разрушения бета-клеток поджелудочной железы при сахарном диабете I типа

Инфликсимаб (Infliximab, Remicade) связывается с фактором некроза опухолей-альфа и оказывает
положительный эффект при некоторых воспалительных заболеваниях, в том числе при
ревматоидном артрите.

Омализумаб (Omalizumab, Xolair) связывается с иммуноглобулином Е (IgE) и предотвращает его взаимодействие
с тучными клетками. Используется для лечения аллергической астмы.

Даклизумаб (Daclizumab, Zenapax) специфичен к фрагменту рецептора к интерлейкину-2 (IL-2) и применяется для
предотвращения острого отторжения почечных трансплантатов. Кроме того,
рассматривается его использование для лечения Т-клеточной лимфомы.

МАТ для уничтожения и угнетения
злокачественных клеток

Ритуксимаб
(Rituximab, Rituxan) взаимодействует с молекулой CD20, экспрессированной на
поверхности большинства В-клеток, применяется в терапии В-клеточных лимфом.

Ибритутомаб тиуксетан (Ibritumomab tiuxetan, Zevalin) специфичен к CD20 молекуле В-клеточной поверхности и
в комбинации с радиоактивным изотопом используется (совместно с Rituxan)
для лечения В-клеточных лимфом.

Тозитумомаб (Tositumomab, Bexxar) представляет собой конъюгат МАТ к CD20 и радиоактивного изотопа Йод-131.
Одобрен для лечения лимфом.

Трастузумаб (Trastuzumab, Herceptin) связывается с HER2
– рецептором к фактору роста эпидермиса, присутствующим на клетках некоторых
типов рака груди и лимфомах.

Цетуксимаб (Cetuximab, Erbitux) блокирует HER1
– еще один рецептор к фактору роста эпидермиса – и одобрен для лечения
колоректального рака (рака толстого кишечника и прямой кишки).

Джемтузумаб озогамицин (Gemtuzumab ozogamicin, Mylotarg) является конъюгатом МАТ, специфичным
к CD33 – молекуле
клеточной поверхности, характерной для миелоидной лейкемии, и калихемицина –
сложного полисахарида, приводящего к образованию двухцепочечных разрывов ДНК.
Препарат является первым иммунотоксином, подающим надежды в борьбе с раком.

Алемтузумаб (Alemtuzumab, Campath) связывается с CD52
(молекулой, содержащейся на поверхности лейкоцитов); способен вызывать
длительную (18 месяцев и более) полную ремиссию у больных хроническим
лимфолейкозом.

Лим-1 (Lym-1, Oncolym) взаимодействует с
антигеном гистосовместимости HLA-DR, в большом количестве
экспрессирующимся клетками лимфом.

Ингибиторы ангиогенеза (формирования
сосудов)

Бевацизумаб (Bevacizumab, Avastin) блокирует
рецептор к фактору роста сосудистого эндотелия (VEGF) и рекомендован для лечения
колоректального рака.

Витаксин
(Vitaxin) – экспериментальный препарат, способный
связываться с сосудистым интегрином (альфа-v/бета-3), содержащимся на поверхности клеток
кровеносных сосудов, снабжающих кровью опухоли, но не характерным для
нормальных сосудов. В фазе II клинических испытаний была доказана способность Витаксина уменьшать
размеры сОлидных опухолей, не вызывая при этом неприятных побочных эффектов.

Другие препараты

Абциксимаб (Abciximab, ReoPro) ингибирует слипание тромбоцитов, связываясь с рецепторами их
поверхности, взаимодействующими с фибриногеном. Этот метод терапии эффективен
для предотвращения закупоривания коронарных артерий у пациентов, перенесших
ангиопластику (пластическую операцию на сосудах).

На
апрель 2005 года для клинического применения в США было рекомендовано 18 моноклональных антител. Одна из причин
ограниченного использования этого метода терапии заключается в том, что мышиные
антитела зачастую распознаются иммунной системой человека. Развивающийся при
этом иммунный ответ не только выводит терапевтические антитела из организма, но также может приводить к поражению почек.
Для снижения проблемы возникновения человеческих анти-мышиных антител (HAMA) разработчики
лекарственных средств используют химерные или гуманизированные антитела. Для создания химерного антитела
антигенсвязывающие зоны (вариабельные домены) мышиного антитела объединяются с
эффекторными зонами (константными доменами) человеческого антитела. Для
создания человеческого антитела только аминокислоты, образующие зону,
взаимодействующую с антигеном (гипервариабельные регионы), заменяются соответствующими
аминокислотами мышиного антитела. К препаратам, синтезируемым описанным
методом, относятся: Zenapax,
Vitaxin, Mylotarg, Herceptin и Xolair.

Интернет-журнал "Коммерческая
биотехнология" http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org.

Продолжение следует.