Биотехнология в разработке новых видов продукции

Начало брошюры см. здесь.


Одного понимания того, что происходит в биологических системах в нормальном состоянии и при различных заболеваниях, недостаточно. Для создания новых продуктов (в широком смысле слова) специалистам биотехнологических компаний необходимо обработать информацию, полученную в результате исследований фундаментальной науки, а также геномики и протеомики и найти способ ее практического применения. Приемы и методы биотехнологии полезны не только при проведении поиска необходимого вещества, но и на протяжении всего процесса разработки.

Поиск молекул

Основной задачей многих секторов биотехнологической промышленности является повышение эффективности процесса поиска молекул, перспективных для разработки новых препаратов. Многие специалисты считают, что современные методы способны существенно сократить время, затрачиваемое на поиск того или иного вещества. Кроме того, биотехнология является источником приемов, которые позволяют выявлять необходимые компоненты на самых ранних стадиях процесса.

Например, знание аминокислотной последовательности инсулина и гормона роста позволило начать коммерческое производство рекомбинантных версий этих белков практически сразу после того, как методика рекомбинантных ДНК была впервые использована для генетического изменения микроорганизмов. За открытием интерферонов и эритропоэтина – эндогенных белков, стимулирующих соответственно иммунную систему и продукцию красных клеток крови, незамедлительно последовало их терапевтическое применение. Другое направление фундаментальных исследований привело к появлению ферментов для производства продуктов питания и микроорганизмов, способных синтезировать или разрушать те или иные молекулы.

Иногда знание только некоторых участков последовательности нуклеотидов определенных генов, даже несмотря на отсутствие информации о функции гена или кодируемого им белка, может быть достаточным для создания нового препарата, диагностического метода и т.д.. К продуктам, созданным на исключительно на данных о нуклеотидных последовательностях, полученных с помощью структуральной геномики, относятся:
– тесты для диагностики заболеваний человека, животных и растений;
– тесты для определения присутствия генетически модифицированных пищевых продуктов;
– антисмысловые молекулы РНК (а в последнее время – и ДНК) для блокирования экспрессии генов – синтеза закодированных в них белков;
– тесты для выявления генетической предрасположенности к определенным заболеваниям;
– диагностические тесты для определения наличия микробной контаминации пищевых продуктов и донорской крови;
– тесты на резистентность ВИЧ и других возбудителей к существующим лекарствам;
– методы генной терапии, в том числе ДНК-вакцинация.

Знания, полученные в результате исследований структуральной и функциональной геномик, протеомики и общей биологии, способствуют разработке новых видов продукции, помогая разобраться в основах процесса, который нам хотелось бы изменить или научиться контролировать. Понимание сути процесса ведет к появлению новых, более эффективных препаратов, а иногда – к открытию новых возможностей старых. Например, понимание молекулярных процессов, являющихся причиной диабета и повышенного содержания в крови холестерина, а также молекулярных механизмов действия статинов, привело к возникновению предположения о том, что статины, предназначенные для снижения уровня холестерина, могут помочь людям, страдающим диабетом.

Выгода от понимания процессов очевидна для всех секторов промышленности, использующих биотехнологические методы: фармацевтики, сельского хозяйства, пищевой промышленности, лесного хозяйства и промышленного производства. А применение биотехнологических приемов в медицине является иллюстрацией того, как понимание молекулярных процессов способствует разработке новых препаратов.

Новые мишени

Понимание молекулярных и генетических компонентов развития заболевания выявляет точное место поломки, т.е. и определить биологические мишени – то звено в цепи биохимических реакций, на которое необходимо воздействовать для лечения болезни. Далеко не всегда разработанный с помощью биотехнологии препарат является геном, белком или биологической молекулой, однако терапевтическая мишень всегда представляет собой ген или белок. Знание структуры и функции генов и их белков, участвующих в патологических процессах, делает поиск полезных соединений гораздо легче, чем традиционный метод проб и ошибок.

Знание всех молекул, участвующих в изучаемом процессе, также обеспечивает нас многочисленными мишенями для мониторинга, регулирования или блокирования любого из этапов сложного многоэтапного механизма. Знание молекул-участников каждого этапа позволяет нам обращать внимание на проблемные моменты и, соответственно, создавать узконаправленные препараты, помогающие справиться с проблемой как можно более аккуратно.

Например, благодаря детальному изучению каскада процессов, приводящих к запрограммированной клеточной гибели (апоптозу), мы знаем, что химио- и радиотерапия индуцируют апоптоз. Таким образом, если опухоль приобретает устойчивость к тому или иному методу лечения, мы можем предположить, что в ее клетках произошло изменение, нарушающее процесс апоптоза. Разработка новых методов терапии заключается в поиске соединений, воздействующих на отдельные молекулы, участвующие в этих процессах.

Использование знаний геномики и протеомики позволяет нам не только выявлять молекулы-мишени, но и найти их наиболее уязвимые места, как правило, представляющие собой небольшой фрагмент (эпитоп) белковой молекулы. Новое направление – химическая геномика – позволяет нам выявлять малые молекулы, способные связываться с такими чувствительными участками. Эти малые молекулы можно выделить из коллекции соединений, созданной в результате десятилетий кропотливой работы химиков, либо с помощью новых технологий комбинаторной химиии, использующих роботов, генерирующих миллионы химических соединений одновременно.

Евгения Рябцева
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org.
Продолжение следует.