Liječenje reumatoidnog artritisa osnovnim antireumatskim lijekovima koji modificiraju bolest (DMARD)

U liječenju reumatoidnog artritisa, lijekovi se koriste za usporavanje progresije erozije zglobova. Riječ je o osnovnim antireumatskim lijekovima koji modificiraju bolest (DMP), koji su važna komponenta cjelokupnog programa liječenja. Šta su ovi lijekovi i kako djeluju?

Lijekovi koji modifikuju bolest djeluju na imuni sistem, usporavajući napredovanje reumatoidnog artritisa, odakle dolazi i njihov naziv. Postoji mnogo različitih lijekova koji spadaju u kategoriju DMARD-a, ali neki od najčešće korištenih su:

reumatex (metotreksat)- glavni lijek u kategoriji BPRP. Djeluje na isti način kao i drugi lijekovi i učinkovitiji je u mnogim slučajevima. Takođe je relativno jeftin i uglavnom bezbedan. Kao i drugi PDO, metotreksat ima niz nuspojava: može uzrokovati želučane smetnje, može biti toksičan za jetru ili koštanu srž i može utjecati na trudnoću. U rijetkim slučajevima uzrokuje poteškoće s disanjem. Dobra cirkulacija je neophodna kada uzimate metotreksat. Istovremena upotreba folne kiseline može smanjiti neke od nuspojava. Najvažnija prednost metotreksata je da se može koristiti tokom dužeg perioda. Lijek se može davati i djeci.

Biološki agensi: Enbrel (etanercet), Humira (adalimumab), Kineret (anakinra), Orentia (abatacet), Remikad (infliksimab) i Rituxan (rituksimab). Ovo su najnoviji lijekovi za liječenje reumatoidnog artritisa, koji se primjenjuju supkutano ili intravenozno. Neutraliziraju aktivnost imunološkog sistema koji oštećuje zglobove. U kombinaciji s metotreksatom, ovi lijekovi pomažu većini ljudi da prevladaju simptome reumatoidnog artritisa. Studije su pokazale da ovi lijekovi imaju manje nuspojava od drugih PDO. Jedna od komplikacija je povećana osjetljivost na akutne zarazne bolesti. Ovi lijekovi mogu negativno utjecati na stanje jetre i krvi i treba ih koristiti s oprezom ako su prisutne kronične srčane bolesti. Ostale moguće nuspojave mogu se pojaviti tek nakon dužeg uzimanja lijekova.

Plaquenil (hidroksiklorokin) i Azulfidin(sulfazalin ) koristi se za umjereni reumatoidni artritis. Nisu tako moćni kao drugi PDO, ali imaju manje nuspojava. U rijetkim slučajevima, Plaquenil ima negativan učinak na oči. Pacijente koji uzimaju ovaj lijek treba jednom godišnje pregledati oftalmolog.

minocin (minociklin)- antibiotik koji može zaustaviti upalni proces u RA. Njegov efekat se javlja nakon nekoliko meseci. U drugim slučajevima, potrebna je godina dana da se pojavi čitav niz nuspojava. Uz produženu upotrebu, minociklin može uzrokovati pigmentaciju kože.

Arava (leflunomid) djeluje poput metotreksata i efikasnije je u kombinaciji s njim. Lijekovi imaju slične nuspojave. Arava može izazvati dijareju, u tom slučaju treba je prekinuti. Pošto Arava negativno utiče na fetus, kontraindicirana je kod žena tokom trudnoće.

Neoral (azatioprin) koristi se za razne bolesti praćene upalom, uključujući reumatoidni artritis. Međutim, zbog negativnog učinka na funkciju bubrega i drugih nuspojava, obično se koristi za liječenje egzacerbacija reumatoidnog artritisa ako su drugi lijekovi neučinkoviti.

Imunar (azatioprin) koristi se za različita upalna stanja, uključujući reumatoidni artritis. Najčešći neželjeni efekti su mučnina i povraćanje, ponekad bol u stomaku i dijareja. Dugotrajna upotreba azatioprina povećava vjerovatnoću razvoja raka.

DMARD usporavaju brzinu progresije reumatoidnog artritisa i pomažu mnogim ljudima da poboljšaju kvalitetu života. U nekim slučajevima može doći do remisije. U osnovi, lijekovi usporavaju brzinu progresije bolesti.

Primjena jednog PDRP-a ili njihove kombinacije može produžiti asimptomatski tok reumatoidnog artritisa i ublažiti akutne manifestacije bolesti. Vašim zglobovima će ujutro trebati manje vremena za njihanje. Prilikom sljedećeg pregleda, vaš reumatolog će vas možda posavjetovati da na vašim posljednjim rendgenskim snimcima nema novih lezija. Također, redovna upotreba BPRP-a smanjuje vjerovatnoću dugotrajnog destruktivnog procesa u zglobovima.

Da li su BPRP-ovi sigurni? Svi PDO su odobreni od strane Uprave za hranu i lijekove (SAD). Mnogi ljudi uzimaju ove lijekove bez apsolutno nikakvih nuspojava.

Međutim, djelujući na simptome reumatoidnog artritisa, PDBM djeluju na cijelo tijelo, a njihovo snažno djelovanje ima tendenciju da izazove neke nuspojave. Postoje sljedeće tipične nuspojave PDBM-a:

Stomačne tegobe. DMARD često izazivaju mučninu, ponekad povraćanje i dijareju. Ovi simptomi se mogu liječiti drugim lijekovima. Komplikacije također nestaju kako se vaše tijelo navikne na lijek. Ako su Vaši simptomi neugodni, Vaš reumatolog će Vam propisati drugi lijek.

Disfunkcija jetre. Ova komplikacija je rjeđa od probavne smetnje. Morat ćete redovno raditi krvne pretrage kako biste provjerili oštećenje jetre.

Stanje krvi. DMARD mogu uzrokovati kvarove imunološkog sistema i povećati rizik od zaraznih bolesti. Također može smanjiti nivo bijelih krvnih stanica koje štite tijelo od infekcija. Nizak broj crvenih krvnih zrnaca (anemija) povećava umor. Jednostavan test koji se obavlja redovno će pomoći da vaša crvena krvna zrnca budu pod kontrolom.

Datum objave članka: 08.08.2016

Datum ažuriranja članka: 28.01.

Artritis je opći naziv za grupu bolesti zglobova upalne prirode različitog porijekla. Upala jednog ili više zglobova u isto vrijeme može biti i neovisna bolest i manifestacija sistemske patologije tijela.

Šta je artritis u najjednostavnijem smislu? Jednostavno rečeno, ovo je upala hrskavice, sinovije, kapsule, zglobne tekućine i drugih elemenata zgloba.

Postoji više od 10 vrsta artritisa (više o njima - kasnije u članku). Mehanizam razvoja različitih vrsta bolesti gotovo je isti, s izuzetkom nekih nijansi.

Patologija negativno utječe na kvalitetu života pacijenta, njegove glavne simptome: sindrom boli, otok i crvenilo zahvaćenog područja, lokalno povećanje temperature, ograničenje kretanja, deformacija zgloba. Čovjeku postaje teško obavljati svakodnevne aktivnosti, a u slučaju teškog toka bolesti i elementarne pokrete. Kronični dugotrajni artritis često dovodi do djelomične ili potpune imobilizacije uz registraciju grupe invaliditeta.

Bilo koja vrsta artritisa je izlječiva(neke vrste se liječe bolje i lakše, neke lošije), posebno u današnje vrijeme (članak je napisan 2016. godine), kada su razvijene i uspješno primijenjene mnoge metode liječenja koje vam omogućavaju da se efikasno borite ne samo sa simptomima bolest, ali i njen uzrok i posljedica.

Artritis mogu liječiti ljekari tri specijalnosti: reumatolog, artrolog, ortoped traumatolog. Ako se upala zglobova razvila u pozadini tuberkuloze, sifilisa, bruceloze ili druge infekcije, tada se naglasak stavlja na liječenje osnovne bolesti, kojom se bavi, odnosno, ftizijatar, infektolog ili dermatolog. -venerolog.

U nastavku ću detaljno opisati vrste, uzroke i simptome artritisa, govoriti o modernim dijagnostičkim metodama i metodama liječenja bolesti.

Vrste artritisa

Ocjenjivanje artritisa po kategorijama	Pregledi
Inflamatorni artritis	Psorijatični
	Reumatski
	Reumatoidni
	Reaktivan
	Zarazno
	Tuberkulozna
Degenerativni artritis	Traumatično
	Osteoartritis
Uzimajući u obzir uzrok i mehanizam razvoja	Primarni - ankilozantni spondilitis, Stillova bolest, pseudogiht, reumatski, psorijatični, septički, juvenilni artritis, razne vrste specifičnih infektivnih artritisa (virusni, dizenterijski ili gonorejski).
	Sekundarni - nastaju u pozadini osnovne patologije, na primjer, maligni tumor, osteomijelitis, autoimune bolesti, sarkoidoza, hepatitis, borelioza, neke bolesti krvi, pluća ili gastrointestinalnog trakta.
Po broju zahvaćenih zglobova	Monoartritis - izolirana upala samo jednog zgloba, obično velikog
	Oligoartritis - zaraza ne više od 3 zgloba
	Poliartritis - upala 3-6 velikih i malih zglobova istovremeno

Prema prirodi nastalih promjena, artritis se dijeli na:

• upalna, koju karakterizira prisustvo upale,
• degenerativni, kada u početku dolazi do pothranjenosti hrskavice, distrofije, promjene izgleda zahvaćenog zgloba, nakon čega slijedi njegova deformacija.

Artritis se javlja u akutnim, subakutnim i kroničnim oblicima. Za inflamatornu leziju najkarakterističniji je akutni ili subakutni tok, za degenerativno-distrofičnu leziju kronični.

Akutni upalni proces je: serozni, serozno-fibrozni, gnojne prirode.

Naj"bezopasnija" upala sa stvaranjem i nakupljanjem serozne (providne) tečnosti u sinovijalnoj vrećici javlja se kod sinovitisa - upale zglobne membrane.

Posebno teški artritis je gnojan. Uz to, upala zahvaća, osim zglobne vrećice, i susjedna tkiva, a gnoj se pojavljuje u zglobnoj tekućini zbog aktivne reprodukcije patogenih mikroorganizama. Razvoj gnojnog procesa prepun je formiranja kapsularnog flegmona (kada gnojni proces zahvata cijeli zglob).

Uzroci bolesti

Uobičajeni (glavni) razlozi

• Nasljednost;
• trauma;
• gojaznost;
• metabolički poremećaji u tijelu;
• česta hipotermija;
• infekcije;
• neracionalna distribucija fizičke aktivnosti: ili dugo sjedenje, ili prekomjerna fizička aktivnost;
• akutne bakterijske, virusne ili gljivične infekcije;
• bolesti nervnog sistema;
• autoimune bolesti.

Dodatni razlozi

• operacija zglobova,
• poodmakloj dobi,
• porođaj,
• oslabljen imunitet
• vakcinacija,
• alergija,
• višestruki pobačaji,
• nepravilna ishrana,
• nepovoljna ekološka situacija,
• nedostatak minerala i vitamina.

Nepravilna prehrana je glavni uzrok gihtnog artritisa

Uzroci specifičnih vrsta artritisa

(ako tabela nije u potpunosti vidljiva, skrolujte udesno)

Vrste artritisa	Uzroci
Traumatično	Povrede elemenata zgloba: modrice, prelomi kostiju koje treba da se artikulišu, razderotine u predelu zgloba itd.
Vibrirajuće	Redovno prekomjerno opterećenje zglobova, prisiljavajući ih da izvode pokrete pod velikim opterećenjem
Reaktivan	Razne infekcije uzrokovane ureaplazmom, klamidijom, mikoplazmom, bacilom dizenterije, klostridijom, salmonelom, virusima gripe itd.
Reumatoidni	Nije tačno utvrđeno, ali je vjerovatnoća utjecaja naslijeđa velika; autoimune bolesti; virusi herpesa (Epstein-Barr virus, herpes simplex, citomegalovirus); hepatovirusi, retrovirusi
Psorijatični	Infekcije
	Genetski i autoimuni mehanizmi
Osteoartritis	Nedovoljna ishrana hrskavice kao posledica metaboličkih poremećaja u organizmu
	Displazije - kongenitalne malformacije zglobnih elemenata
	Sistemske bolesti - sklerodermija, lupus itd.
	Hormonalni poremećaji
	Specifična i nespecifična upala zglobnih struktura. Prvi - na pozadini tuberkuloze, gonoreje, dizenterije. Drugi - kao samostalni poraz bez sudjelovanja patogena
	Poraz, destrukcija zglobova kod Perthesove bolesti, osteohondritis
	Hemofilija - nasljedni poremećaj krvarenja
Giht	Nasljednost
	Kršenje metabolizma proteina u pozadini pothranjenosti uz prekomjernu konzumaciju hrane bogate posebnim tvarima - purinima (skuše, haringe, sardine, meso)
	Višak tjelesne težine

Na razvoj reumatoidnog artritisa utiče slabljenje imunološkog sistema. Iz nekog nepoznatog razloga, posebne ćelije imunog sistema počinju da "napadaju" sopstvena tkiva zglobova. Kao rezultat, počinje autoimuna upala, koja se nastavlja s rastom agresivnog tkiva s tumorskim razvojem, zbog čega se oštećuju ligamenti, zglobne površine, uništavaju hrskavica i podložne kosti. To dovodi do razvoja fibroze, skleroze, erozije, kao rezultat - do kontraktura, subluksacije, trajne nepokretnosti zgloba - ankiloze.

Tipični simptomi

Vodeći simptom artritisa je bol u jednom ili više zglobova. U početku su slabi i praktički ne utječu na običan život osobe. S vremenom sindrom boli raste: bol postaje valovita, pojačava se pokretom, noću i bliže jutru. Intenzitet bola varira od blage do veoma jake, dramatično ometajući svaki pokret.

Sekundarni simptomi:

• jutarnja ukočenost
• oteklina,
• crvenilo kože,
• povećanje lokalne temperature u području upale,
• pogoršanje motoričke aktivnosti pacijenta,
• ograničenje njegove pokretljivosti,
• formiranje upornih deformiteta zglobova.

Ovisno o toku procesa, ograničenje funkcionalnosti zahvaćenih zglobova može biti blago i ozbiljno, uz moguću potpunu imobilizaciju ekstremiteta.

Pogledajmo bliže simptome nekih vrsta artritisa.

Traumatski artritis

Traumatsko oštećenje zglobnih elemenata praćeno je upalnom reakcijom, a ako su patogeni mikrobi ušli u šupljinu, onda gnojna upala zglobne tekućine i burze, postupno prelazeći na obližnja zglobna tkiva.

Simptomi reumatoidnog artritisa

Ovu vrstu artritisa karakteriziraju simetrične lezije koljena, ručnog zgloba, lakta, skočnog zgloba, kao i malih zglobova prstiju ruku i nogu. Zapaljenje zglobova kuka, ramena i kičmenog stuba je rjeđe, ali i moguće.

U akutnom ili subakutnom toku bolesti, osobu uznemiruju oštri bolovi u mišićima i zglobovima, jaka slabost, groznica, ukočenost malih zglobova ujutro.

Kronični trom proces javlja se uz blagu bol, postupno povećanje zglobnih promjena, koje obično nisu praćene značajnim ograničenjem funkcija udova.

Postupno se upala širi na mišiće koji se nalaze uz zglob. Kao rezultat, razvija se njihova žarišna upala, smanjuje se snaga mišića i njihov tonus, pacijent osjeća slabost mišića, jak umor nakon normalnog fizičkog napora.

Tipičan simptom je pojava potkožnih čvorića okruglog oblika prečnika ne više od 2 cm. Mogu se formirati i na zaliscima srca iu plućima.

Ovu vrstu bolesti karakterizira asimetrija poraza 2 ili 3 zgloba u isto vrijeme. Štaviše, prvo se upale mali zglobovi nožnih prstiju i ruku, zatim veliki - koljena, laktovi, ramena itd.

Razvoj oligoartritisa (upala ne više od 3 zgloba) praćen je upalom membrana oko tetiva, povećanjem temperature upaljenog područja i crvenilom kože, otokom i bolnošću zglobova.

Bolni sindrom je izražen u mirovanju ili noću, jutarnja ukočenost i bol nestaju tokom dana.

Dijagnostika

Postavljanje tačne dijagnoze zasniva se na skupu kliničkih manifestacija, podacima sa liječničkog pregleda i rezultatima laboratorijske dijagnostike koji potvrđuju prisutnost artritisa (dijagnostički podaci također pomažu u određivanju vrste, stadijuma i stepena aktivnosti procesa) .

Prilikom pregleda sa vizuelnim pregledom i palpacijom uznemirujućih zglobova, doktor konstatuje otok, crvenilo kože, koja je vruća na dodir; kod zanemarene bolesti dolazi do vidljive deformacije zgloba.

U tabeli ispod su navedene specifične vrste testova koje treba uraditi ako se sumnja na artritis:

(ako tabela nije u potpunosti vidljiva, skrolujte udesno)

Laboratorijske dijagnostičke metode	Instrumentalne dijagnostičke metode
Klinički test krvi	Rendgen zgloba u 2 projekcije
"Biohemija" krvi (indikatori - mokraćna kiselina, sijalične kiseline, proteinska frakcija, CRP, fibrin, haptoglobin, itd.)	Digitalna mikrofokusna radiografija je rendgenska slika sa direktnim uvećanjem, dok digitalni sistem za snimanje daje slike visoke definicije. Metoda vam omogućava da otkrijete minimalne promjene u strukturama kostiju
Reumatoidni faktor	Artrografija - snimanje rendgenskog snimka nakon ubrizgavanja kontrastnog sredstva u zglobnu šupljinu
Antistreptolizin-O	Ultrazvuk zahvaćenih zglobova
Citološki i mikrobiološki pregled sinovijalne tečnosti	Scintigrafija - dobijanje dvodimenzionalne slike patološkog područja nakon unošenja radioaktivnog izotopa u tijelo
Po potrebi se radi biopsija zglobne membrane, a zatim i pregled	Dijagnostička artroskopija je visoko informativna metoda pregleda zglobnih struktura kroz artroskop s minijaturnom video kamerom

Metode liječenja

Svaki tip artritisa ima nekoliko faza razvoja. Za svaku se odabiru određene metode liječenja: za prvu i drugu dovoljna je konzervativna terapija, za treću i u prisustvu komplikacija može biti potrebna kirurška intervencija.

Tabela prikazuje opći režim liječenja artritisa.

(ako tabela nije u potpunosti vidljiva, skrolujte udesno)

Metode liječenja	Detalji
Terapija lijekovima	Nesteroidni protuupalni lijekovi na usta, intramuskularno i/ili intraartikularno.
	Oralni i intraartikularni kortikosteroidi.
Eferentna terapija	Krioafereza je medicinska tehnika koja se zasniva na liječenju hladnom ili specijalnim hemikalijama plazme uzete od pacijenta. Zatim se ubrizgava natrag pacijentu.
	Plazma kaskadna filtracija (plazmafereza) je pročišćavanje plazme od toksina, antitijela, hormona i drugih supstanci čiji je nivo u tijelu naglo povećan.
Fizioterapija i masaža (nakon smirivanja akutnog upalnog procesa)	Amplipuls terapija, fonoforeza, elektroforeza, magnetna i laserska terapija, aplikacije ozokeritom i parafinom, NLO, UHF.
Fizioterapija	Vježbe tjelovježbe usmjerene su na prevenciju funkcionalnih poremećaja i razvoja kontraktura.
Operacija	Vrste: artrotomija, ekscizija sinovijalne membrane (sinovektomija), artrodeza, resekcija zgloba, medicinska artroskopija, heilektomija. Kada je zglob uništen, indikovana je rekonstruktivna artroplastika ili artroplastika (zamjena zgloba).

Liječenje artritisa

Metode liječenja različitih tipova artritisa su vrlo slične, razlike su samo u nekim specifičnim nijansama, na primjer:

• Kod specifičnog artritisa liječi se osnovna bolest (kod tuberkuloze naglasak je na lijekovima protiv tuberkuloze).
• Kako bi se smanjila aktivnost psorijatičnog artritisa, gore navedene metode dopunjuju se ultraljubičastim ili laserskim zračenjem krvi, hemosorpcijom. A od fizioterapije efikasna je PUVA terapija, koja kombinuje uzimanje posebnog fotosenzibilizirajućeg lijeka s vanjskim izlaganjem dugovalnim ultraljubičastim zracima.

Sažetak

Samo savjesnim pridržavanjem preporuka liječnika možete pobijediti artritis. Prognoza je obično povoljna, ali u potpunosti ovisi o pravovremenom javljanju specijalistu i privođenju kraju liječenja. Moderne tehnike omogućavaju ispravljanje čak i najzanemarenije situacije izvođenjem operacije na zglobu.

Vlasnik i odgovoran za stranicu i sadržaj: Afinogenov Aleksej.

Pročitajte više, svidjet će vam se:

Ti nisi rob!
Zatvoreni edukativni kurs za djecu elite: "Pravo uređenje svijeta."
http://noslave.org

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije

Mnogi (ali ne svi) osnovni lijekovi koji se koriste u liječenju reumatoidnog artritisa djeluju i kod nekih drugih bolesti, za koje se pretpostavlja ili dokazano autoimune prirode. Takve bolesti uključuju: ulcerozni kolitis, Crohnovu bolest, psorijazu, autoimuni glomerulonefritis, hronični aktivni hepatitis. Zanimljivo je da kod različitih autoimunih bolesti pomažu različiti lijekovi iz redova „baznih“, što može odražavati razliku u njihovoj etiologiji i patogenezi. Efikasnost osnovnih lijekova kod reumatoidnog artritisa i drugih autoimunih bolesti povezana je s njihovim specifičnim protuupalnim i imunosupresivnim djelovanjem. Istovremeno, osnovni antireumatski lijekovi, za razliku od glukokortikoida i nesteroidnih protuupalnih lijekova, nisu prikladni kao "konvencionalni" protuupalni lijekovi za upalu, u čiju patogenezu nisu uključeni određeni specifični autoimuni mehanizmi. Oni od osnovnih lijekova koji nisu "pravi" imunosupresivi (kao što su osnovni lijekovi metotreksat, azatioprin ili ciklosporin) također se ne mogu koristiti za imunosupresiju u stanjima koja nisu povezana s autoimunom, na primjer, pri alotransplantaciji organa i tkiva. Imunosupresivna aktivnost salazopiridazina ili hlorokina je preslaba za ovo i, osim toga, specifična je za autoimunost. Zajedničko svojstvo svih osnovnih lijekova je spor, postupan razvoj efekta, koji može zahtijevati nekoliko mjeseci terapije. Da bi se brzo postiglo simptomatsko poboljšanje kod reumatoidnog artritisa i drugih autoimunih bolesti, propisuju se glukokortikoidi, nesteroidni protuupalni lijekovi dok se čeka učinak osnovne terapije. Kod teškog tijeka reumatoidnog artritisa ili, na primjer, Crohnove bolesti, može biti potrebna kombinirana primjena dva ili više osnovnih lijekova iz različitih grupa, s različitim mehanizmima djelovanja. U ovom slučaju vrlo je važno uzeti u obzir mogućnost povećanja toksičnosti terapije određenim kombinacijama. Na primjer, kombinacija metotreksata sa sulfasalazinom ili salazopiridazinom dovodi do povećanja hematološke toksičnosti metotreksata, budući da su sulfonamidi, poput metotreksata, inhibitori dihidrofolat reduktaze u ljudskim stanicama, ne samo u bakterijama. Kombinacija metotreksata sa ciklosporinom dovodi do povećanja stepena imunosupresije i, shodno tome, povećanja rizika od infektivnih i neoplastičnih komplikacija terapije. Klasifikacija Osnovni antireumatski lijekovi se dijele u nekoliko grupa: Imunosupresivni lijekovi: Infliksimab ("Remicade") Levamisol ("Decaris") Leflunomid ("Arava") Merkaptopurin ("Puri-Netol") ciklosporin (Sandimmun Neoral) Ciklofosfamid - rijetko se koristi zbog visoke toksičnosti Zlatni preparati: Auranofin # ("Auropan", "Ridaura") Natrijum aurotiosulfat # ("Sanocrizin") Aurotioprol # ("Chrysanol") D-penicilamin ("Cuprenil") Derivati ​​5-aminosalicilne kiseline: Derivati ​​4-aminokinolina: hlorokin (delagil) Hidroksiklorokin ("Plaquenil") Inhibitori matriks metaloproteinaze: # - za 2015. lijek nije registriran u Rusiji : slika nije tačna ili nedostaje Ovom članku nedostaju informacije. Informacije moraju biti provjerljive, inače se mogu dovesti u pitanje i ukloniti. .php? title =% D0% 91% D0% BE% D0% BB% D0% B5% D0% B7% D0% BD% D1% 8C-% D0% BC% D0% BE% D0% B4% D0% B8 % D1% 84% D0% B8% D1% 86% D0% B8% D1% 80% D1% 83% D1% 8E% D1% 89% D0% B8% D0% B5_% D0% B0% D0% BD% D1 % 82% D0% B8% D1% 80% D0% B5% D0% B2% D0% BC% D0% B0% D1% 82% D0% B8% D1% 87% D0% B5% D1% 81% D0% BA % D0% B8% D0% B5_% D0% BF% D1% 80% D0% B5% D0% BF% D0% B0% D1% 80% D0% B0% D1% 82% D1% 8B & akcija = uredi uredi] ovog članka dodavanjem linkova na. Ova oznaka je postavljena 29. septembra 2009. [[K: Wikipedia: Članci bez izvora (zemlja: Lua greška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]] [[K: Wikipedia: Članci bez izvora (zemlja: Lua greška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]]

Napišite recenziju na članak "Antireumatski lijekovi koji modificiraju bolest"

Bilješke (uredi)

Izvod koji karakterizira antireumatske lijekove koji modificiraju bolest

Magdalena je znala da se, da bi ispunila Radomirovu narudžbu, mora osjećati samopouzdano, pribrano i snažno. Ali dok je samo živjela, zaključana u svojoj najdubljoj tuzi, i bila ludo usamljena...
Bez Radomira, njen život je postao prazan, bezvredni i gorak... Živeo je sada negde daleko, u nepoznatom i čudesnom svetu, gde njena duša nije mogla da dopre... A on joj je tako ludo nedostajao kao čovek, kao žena ! .. I niko joj, nažalost, nije mogao ništa pomoći u ovome.
Onda smo je ponovo videli...
Magdalena je sedela sama na visokoj litici, potpuno obrasloj poljskim cvećem, pritisnuvši kolena na grudi... Ona je, kao što je već postalo uobičajeno, ispratila zalazak sunca - još jedan običan dan živeo bez Radomira... Znala je da će biti još mnogo ovakvih dana ... toliko. I znala je da će se morati naviknuti na to. I pored sve gorčine i praznine, Magdalena je dobro shvatila da je čeka dug, težak život i da će morati da ga proživi sama... Bez Radomira. Ono što do sada nije mogla da zamisli, jer je on živeo svuda - u svakoj njenoj ćeliji, u njenim snovima i budnosti, u svakom predmetu koji je jednom dotakao. Činilo se da je čitav okolni prostor bio zasićen Radomirovim prisustvom... A i da je htjela, od ovoga nije bilo spasa.
Veče je bilo mirno, mirno i toplo. Priroda koja je oživjela nakon dnevne žege bjesnila je od mirisa zagrijanih cvjetnih livada i iglica... Magdalena je slušala monotone zvukove običnog šumskog svijeta - bilo je iznenađujuće tako jednostavno, a tako mirno!.. Nabujala od ljetne vrućine, pčele su glasno zujale u obližnjem žbunju. Čak su i oni, vrijedni, radije pobjegli od gorućih zraka dana, a sada su rado upijali okrepljujuću večernju svježinu. Osjećajući ljudsku dobrotu, sićušna obojena ptica neustrašivo je sjela na Magdalenino toplo rame i u znak zahvalnosti prasnula u zvučne srebrnaste trilove... Ali Magdalena to nije primijetila. Opet je otišla u poznati svijet svojih snova, u kojem je Radomir još uvijek živio...
I opet ga se setila...
Njegova nevjerovatna ljubaznost... Njegova bujna žeđ za životom... Njegov blistavi osmeh i prodoran pogled njegovih plavih očiju... I njegovo čvrsto uverenje u ispravnost puta koji je izabrao. Sjetio sam se jedne divne, snažne osobe koja je, kao sasvim dijete, već podjarmila čitavu gomilu sebi! ..
Setila sam se njegove naklonosti... Topline i odanosti njegovog velikog srca... Sve je to sada živelo samo u njenom sećanju, ne podlegavši ​​vremenu, ne odlazeći u zaborav. Sve je to živjelo i... bolelo. Ponekad joj se čak činilo - samo još malo, i prestala bi da diše... Ali dani su prolazili. A život je i dalje trajao. Nju je obavezala DUŽNOST koju je ostavio Radomir. Stoga, koliko je mogla, nije vodila računa o svojim osjećajima i željama.
Njen sin Svetodar, koji joj je ludo nedostajao, bio je sa Radanom u dalekoj Španiji. Magdalena je znala – bilo mu je teže... Bio je još premlad da se pomiri s takvim gubitkom. Ali takođe je znala da čak ni u najdubljoj tuzi on nikada neće pokazati svoju slabost strancima.
Bio je sin Radomira...
I to ga je obavezalo da bude jak.
Opet je prošlo nekoliko mjeseci.
I sada, malo po malo, kao što biva i sa najstrašnijim gubitkom, Magdalena je počela da oživljava. Očigledno je došlo pravo vrijeme da se vratimo živima...

Odabravši sićušni Montsegur, koji je bio najmagičniji zamak u Dolini (pošto je stajao na "prijelaznoj tački" u druge svjetove), Magdalena i njena kćerka su ubrzo počele polako da se sele tamo. Počeli su da se naseljavaju u svojoj novoj, još nepoznatoj kući...
I, konačno, prisjećajući se Radomirove uporne želje, Magdalena je postepeno počela regrutirati svoje prve učenike... Ovo je vjerovatno bio jedan od najlakših zadataka, budući da je svaki čovjek na ovom čudesnom komadu zemlje bio manje-više nadaren. I skoro svi su bili žedni znanja. Stoga je vrlo brzo Magdalena već imala nekoliko stotina vrlo vrijednih učenika. Onda je ova brojka narasla u hiljadu... I vrlo brzo je cijela Dolina magova bila prekrivena njenim učenjima. I povela je što više ljudi kako bi pobjegla od svojih gorkih misli i bila je nevjerovatno drago koliko su Oksitanci željno bili privučeni Znanjem! Znala je - Radomir bi se tome od srca obradovao... i regrutovao još više kandidata.
- Izvini, Sever, ali kako su se Magi složili sa ovim?! Uostalom, oni tako pažljivo čuvaju svoje Znanje od svih? Kako je Vladika ovo dozvolio? Magdalena je poučavala sve, nije birala samo inicirane, zar ne?
- Vladika se nikada nije slagao sa ovim, Isidora... Magdalena i Radomir su išli protiv njegove volje, otkrivajući to saznanje ljudima. I još ne znam ko je od njih bio u pravu...

5315 0

Upalne reumatske bolesti, čiji su glavni oblici reumatoidni artritis (RA), difuzne bolesti vezivnog tkiva (DBTD), sistemski vaskulitis, seronegativne i mikrokristalne artropatije, spadaju među najteže oblike kronične ljudske patologije. Farmakoterapija ovih bolesti i dalje predstavlja jedan od najtežih problema moderne kliničke medicine.

Etiologija mnogih bolesti je nepoznata, što onemogućava provođenje efikasne etiotropne terapije. Međutim, u dešifrovanju njihove patogeneze posljednjih godina evidentan je napredak, što je prvenstveno rezultat proširenja znanja o strukturnim i funkcionalnim karakteristikama imunog sistema, mehanizmima razvoja imunološkog odgovora i upale.

Trenutno se za liječenje reumatskih bolesti koristi veliki broj lijekova različite kemijske strukture i farmakoloških mehanizama djelovanja, čija je zajednička osobina sposobnost suzbijanja razvoja upale. Tu spadaju nesteroidni antiinflamatorni lekovi, glukokortikoidi sa antiinflamatornim dejstvom i tzv. bazični antireumatski lekovi (soli zlata, lekovi protiv malarije, citotoksični lekovi itd.), za koje se veruje da dublje deluju na imuni sistem. i upalnih procesa koji su u osnovi reumatskih bolesti. Intenzivno se razvijaju novi pristupi liječenju zasnovani na primjeni imunoterapijskih metoda.

U našoj zemlji je objavljeno više monografija o farmakoterapiji reumatskih bolesti (V.A.Nasonova, Ya.A. Sigidin. Patogenetska terapija reumatskih bolesti, 1985; V.A.A. Sigidin, NG Guseva, MM Ivanova. Difuzne bolesti vezivnog tkiva, 1994. ). Međutim, posljednjih godina pojavila se vrlo velika količina novih kliničkih i eksperimentalnih podataka o mehanizmima djelovanja, taktici upotrebe i djelotvornosti kako ranije poznatih antireumatskih lijekova tako i novih lijekova i metoda liječenja.

U knjizi su sistematski predstavljeni savremeni podaci o najvažnijim antiinflamatornim lekovima, ali je glavni zadatak bio upoznavanje sa novim trendovima u razvoju farmakoterapije upalnih reumatskih bolesti.

Nadamo se da će knjiga biti korisna praktičarima u liječenju pacijenata sa reumatskim oboljenjima i podstaći interesovanje za farmakološke aspekte reumatologije kod specijalista koji se bave razvojem teorijskih problema medicine, imunologa, biohemičara, farmakologa.

Jedna od najčešćih i najtežih reumatskih bolesti je RA, za čije se liječenje koristi čitav arsenal antireumatskih lijekova i metoda terapije (V.A.Nasonova i M.G. Astapenko, 1989). Zbog toga se razvijaju klasifikacije antireumatskih lijekova u smislu njihovog mjesta u liječenju RA.

Na osnovu razlika u farmakološkim svojstvima, antireumatski lijekovi se klasificiraju kao protuupalni analgetici (NSAID); protuupalni glukokortikoidi (GC), imunomodulatorni/imunosupresivni agensi (soli zlata, lijekovi protiv malarije, citotoksični lijekovi, itd.). Prema drugoj klasifikaciji, NSAIL se smatraju simptomatičnim, ne utičući na mehanizme razvoja bolesti, za razliku od antireumatskih lekova koji modifikuju bolest ili sporo deluju, za koje se veruje da utiču na etiopatogenezu bolesti.

Za klasifikaciju antireumatskih lijekova korišten je i pristup koji uzima u obzir, prije svega, njihovu toksičnost, prema kojoj se dijele na lijekove prve, druge i treće linije. Predložena je klasifikacija antireumatskih lijekova na osnovu brzine početka terapijskog efekta i njegovog trajanja nakon prekida liječenja. NSAIL i GC, za razliku od antireumatskih lijekova koji modificiraju bolest / sporo djeluju, vrlo brzo (u roku od nekoliko sati ili dana) pokazuju svoj učinak. Osim toga, pretpostavljeno je da ako se nakon prestanka uzimanja NSAIL-a i GC-a pogoršanje razvije prilično brzo, onda učinak sporodjelujućih antireumatskih lijekova traje duže vrijeme.

Međutim, sada je postalo očigledno da tradicionalne klasifikacije ne ispunjavaju savremene zahtjeve u pogledu terminologije i podpodjele na farmakološke kategorije. Zapravo, samo NSAIL i HA su relativno homogeni u smislu farmakološke i terapijske aktivnosti grupe lijekova.

Od 1991. godine, pod pokroviteljstvom SZO i Međunarodne lige protiv reumatskih bolesti, kreirana je nova klasifikacija antireumatskih lijekova (HE Paulus i sar., 1992; JP Edmonds et al., 1993), prema kojoj se ovi lijekovi podijeljen u dvije glavne kategorije:

I. Antireumatski lijekovi koji mijenjaju simptome koji pozitivno djeluju na simptome i kliničke manifestacije upalnog sinovitisa:
1) nesteroidni protuupalni lijekovi
2) glukokortikoidi
3) lijekovi sporog djelovanja: antimalarici, soli zlata, antimetaboliti, citotoksični agensi
II. Antireumatski lijekovi za kontrolu bolesti koji utiču na tok RA, a koji moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve:
a. poboljšati i održati funkcionalnu sposobnost zglobova u kombinaciji sa smanjenjem intenziteta upalnog sinovitisa;
b. spriječiti ili značajno smanjiti brzinu progresije strukturnih promjena u zglobovima.

U ovom slučaju, navedeni efekti bi se trebali manifestirati najmanje 1 godinu od početka terapije; u postupku klasifikacije lijeka mora se navesti period (najmanje 2 godine) tokom kojeg njegovo terapijsko djelovanje ispunjava navedene kriterije.

Ova klasifikacija se razlikuje od prethodnih po realnijem pristupu procjeni terapijske efikasnosti lijekova u RA. Sada je postalo očigledno da je zajedničko dokazano svojstvo svih postojećih antireumatskih lijekova sposobnost da izazovu kliničko poboljšanje, dok se njihova sposobnost da utiču na napredovanje i ishod reumatoidnog procesa ne može smatrati rigorozno dokazanom. Stoga se trenutno nijedan antireumatski lijek ne može klasificirati kao "kontrola bolesti".

To, međutim, ne isključuje mogućnost prelaska pojedinih lijekova iz prve grupe u drugu u procesu daljih istraživanja. Ova odredba se čini fundamentalnom, jer treba da doprinese širenju farmakoloških i kliničkih istraživanja u reumatologiji u smislu razvijanja kriterijuma za efikasnost lečenja, kao i kreiranju novih, efikasnijih antireumatskih lekova ili njihovih racionalnih kombinacija.

E.L. Nasonov

Genetski inženjering i lijekovi

Mikrobiološka proizvodnja lijekova

Prije pojave tehnologije rekombinantne DNK, mnogi lijekovi na bazi ljudskih proteina mogli su se nabaviti samo u malim količinama, njihova proizvodnja je bila vrlo skupa, a mehanizam biološkog djelovanja ponekad nije bio dobro shvaćen. Uz pomoć nove tehnologije dobija se čitav niz takvih lijekova u količinama dovoljnim kako za njihovo efikasno testiranje, tako i za primjenu u klinici. Do danas je klonirano više od 400 gena (uglavnom u obliku cDNK) različitih ljudskih proteina, koji mogu postati lijekovi. Većina ovih gena već je izražena u ćelijama domaćinima, a njihovi proizvodi se sada koriste za liječenje različitih ljudskih bolesti. Kao i obično, prvo se testiraju na životinjama, a zatim slijede rigorozna klinička ispitivanja. Godišnji obim svjetskog tržišta lijekova na bazi ljudskih proteina iznosi oko 150 milijardi dolara i stalno raste. Obim svjetskog tržišta lijekova na bazi rekombinantnih proteina raste za 12-14% godišnje i 2000. godine iznosio je približno 20 milijardi dolara.

S druge strane, obećavajuća je upotreba specifičnih antitijela kao terapijskih sredstava. Koriste se za neutralizaciju toksina, borbu protiv bakterija, virusa i liječenje raka. Antitijelo ili neutralizira "uljeza" - stranog agenta, ili uništava određenu ciljnu ćeliju. Uprkos obećavajućim mogućnostima, antitijela se još uvijek rijetko koriste za prevenciju i liječenje bolesti. I tek razvojem tehnologije rekombinantne DNK i razvojem metoda za proizvodnju monoklonskih antitijela i dešifriranjem molekularne strukture i funkcije imunoglobulina, ponovo se javlja komercijalni interes za korištenje specifičnih antitijela za liječenje raznih bolesti.

Razvoj novih metoda za prevenciju i liječenje mnogih ljudskih bolesti dao je ogroman doprinos rastu ljudskog blagostanja u 20. vijeku. Međutim, ovaj proces se ne može smatrati završenim. Takozvane "stare" bolesti, na primjer, malarija, tuberkuloza itd., mogu se ponovo osjetiti čim oslabe preventivne mjere ili se pojave rezistentni sojevi. Tipična situacija u tom pogledu je u Ukrajini i Rusiji.

Prvi GMO proizvodi su antibiotici

Antibiotici uključuju tvari male molekularne težine koje se razlikuju po hemijskoj strukturi. Zajedničko ovim spojevima je da, budući da su produkti vitalne aktivnosti mikroorganizama, u zanemarljivim koncentracijama, specifično ometaju rast drugih mikroorganizama.

Većina antibiotika su sekundarni metaboliti. Oni se, poput toksina i alkaloida, ne mogu klasificirati kao tvari koje su striktno neophodne za rast i razvoj mikroorganizama. Po tome se sekundarni metaboliti razlikuju od primarnih, u prisustvu kojih dolazi do smrti mikroorganizma.

Biosinteza antibiotika, kao i drugih sekundarnih metabolita, obično se dešava u ćelijama koje su prestale da rastu (idiofaza). Njihova biološka uloga u osiguravanju vitalne aktivnosti stanica proizvođača još uvijek nije u potpunosti istražena. Stručnjaci koji proučavaju izglede biotehnologije u oblasti mikrobiološke proizvodnje antibiotika smatraju da oni inhibiraju rast konkurentskih mikroorganizama u nepovoljnim uslovima, čime se stvaraju povoljniji uslovi za opstanak mikroba proizvođača jednog ili drugog antibiotika. Važnost procesa proizvodnje antibiotika u životu mikrobne ćelije potvrđuje činjenica da kod streptomiceta oko 1% genomske DNK otpada na geni koji kodiraju enzime biosinteze antibiotika, a koji možda neće biti eksprimirani dugo vremena. Proizvođači poznatih antibiotika su uglavnom šest rodova filamentoznih gljiva, tri roda aktinomiceta (skoro 4000 različitih antibiotika) i dva roda pravih bakterija (oko 500 antibiotika). Od filamentoznih gljiva posebnu pažnju treba obratiti na plijesni rodova Cephalosporium i Penicillium, koji su proizvođači takozvanih beta-laktamskih antibiotika - penicilina i cefalosporina. Većina aktinomiceta koji sintetiziraju antibiotske supstance, uključujući tetracikline, pripadaju rodu Streptomyces.

Od poznatih 5000-6000 prirodnih antibiotskih supstanci, samo oko 1000 se proizvodi za prodaju potrošačima.U vrijeme kada je utvrđeno antibakterijsko djelovanje penicilina i mogućnost njegove upotrebe kao lijeka (HW Flory, EB Chain et al., 1941), produktivnost laboratorijskog soja plijesni - 2 mg preparata na 1 litar tečnosti kulture - bila je očito nedovoljna za industrijsku proizvodnju antibiotika. Ponavljano sistematsko izlaganje originalnog soja Penicillium chrisogenum mutagenima kao što su rendgensko i ultraljubičasto zračenje, dušik iperit u kombinaciji sa spontanim mutacijama i odabirom najboljih proizvođača, bilo je moguće povećati produktivnost gljive za 10.000 puta i dovedite koncentraciju penicilina u tečnosti kulture na 2%.

I dalje se koristi način povećanja efikasnosti sojeva koji proizvode antibiotike, zasnovan na slučajnim mutacijama i koji je postao klasičan, uprkos kolosalnim troškovima rada. Ova situacija je zbog činjenice da antibiotik, za razliku od proteina, nije proizvod specifičnog gena; Biosinteza antibiotika nastaje kao rezultat kombinovanog djelovanja 10-30 različitih enzima kodiranih odgovarajućim brojem različitih gena. Osim toga, za mnoge antibiotike, čija je mikrobiološka proizvodnja utvrđena, molekularni mehanizmi njihove biosinteze još nisu proučavani. Poligeni mehanizam koji leži u osnovi biosinteze antibiotika je razlog zašto promjene pojedinačnih gena ne dovode do uspjeha. Automatizacija rutinskih metoda za analizu produktivnosti mutanata omogućava proučavanje desetina hiljada funkcionalnih sojeva i na taj način ubrzava postupak selekcije klasičnom genetskom metodom.

Nova biotehnologija, zasnovana na upotrebi sojeva superproizvođača antibiotika, podrazumeva unapređenje mehanizama zaštite proizvođača od antibiotika koji on sintetiše.

Sojevi otporni na visoke koncentracije antibiotika u mediju kulture pokazuju visoku produktivnost. Ovo svojstvo se također uzima u obzir pri dizajniranju ćelija superproizvođača. Od otkrića penicilina kasnih 1920-ih, više od 6.000 antibiotika je izolovano iz različitih mikroorganizama s različitim specifičnostima i različitim mehanizmima djelovanja. Njihova široka upotreba u liječenju zaraznih bolesti pomogla je spasiti milione života. Velika većina glavnih antibiotika izolirana je iz gram-pozitivne zemljišne bakterije Streptomyces, iako ih gljive i druge gram-pozitivne i gram-negativne bakterije također proizvode. Širom svijeta se godišnje proizvede 100.000 tona antibiotika u vrijednosti procijenjenih S milijardi dolara, uključujući više od 100 miliona dolara u antibiotike koji se dodaju stočnoj hrani kao aditivi ili akceleratori rasta.

Procjenjuje se da će naučnici svake godine otkriti između 100 i 200 novih antibiotika, prvenstveno kroz opsežne istraživačke programe kako bi pronašli hiljade različitih mikroorganizama koji bi sintetizirali jedinstvene antibiotike. Proizvodnja i klinička ispitivanja novih lijekova su vrlo skupi, a na tržište se plasiraju samo oni od velike terapeutske vrijednosti i ekonomskog interesa. Oni čine 1-2% svih otkrivenih antibiotika. Tehnologija rekombinantne DNK ovdje ima veliki učinak. Prvo, može se koristiti za stvaranje novih antibiotika jedinstvene strukture koji imaju snažniji učinak na određene mikroorganizme i imaju minimalne nuspojave. Drugo, pristupi genetskog inženjeringa mogu se koristiti za povećanje prinosa antibiotika i, shodno tome, za smanjenje troškova njihove proizvodnje.

Možemo pretpostaviti da je klinička biotehnologija nastala s početkom industrijske proizvodnje penicilina 40-ih godina. i njegovu upotrebu u terapiji. Očigledno je da je upotreba ovog prvog prirodnog penicilina utjecala na smanjenje morbiditeta i mortaliteta više od bilo kojeg drugog lijeka, ali je, s druge strane, postavila niz novih problema koji bi se ponovo mogli riješiti uz pomoć biotehnologije.

Prvo, uspješna upotreba penicilina izazvala je veliku potrebu za ovim lijekom, a da bi se ona zadovoljila, bilo je potrebno dramatično povećati prinos penicilina tokom njegove proizvodnje. Drugo, prvi penicilin - C (benzilpenicilin) ​​- djelovao je uglavnom na gram-pozitivne bakterije (na primjer, streptokoke i stafilokoke), te je bilo potrebno nabaviti antibiotike sa širim spektrom djelovanja i/ili aktivnosti, koji inficiraju oba gram-negativna. bakterije kao što su E. coli i Pseudomonas. Treće, budući da antibiotici izazivaju alergijske reakcije (najčešće manje, poput osipa na koži, ali ponekad i teže, po život opasnih manifestacija anafilakse), bilo je potrebno imati čitav niz antibakterijskih sredstava kako bi se moglo birati između podjednako djelotvornih. lijekove koji ne bi izazvali alergiju kod pacijenta. Četvrto, penicilin je nestabilan u kiseloj sredini želuca i ne može se davati oralno. Konačno, mnoge bakterije stiču otpornost na antibiotike. Klasičan primjer za to je stvaranje od strane stafilokoka enzima penicilinaze (točnije, beta-laktamaze), koji hidrolizira amidnu vezu u beta-laktamskom prstenu penicilina uz stvaranje farmakološki neaktivne penicilinske kiseline. Povećanje prinosa penicilina tokom njegove proizvodnje bilo je moguće uglavnom zahvaljujući doslednoj upotrebi serije mutanata originalnog soja Penicillium chrysogenum, kao i promenom uslova uzgoja.

Proces biosinteze jednog antibiotika može se sastojati od desetina enzimskih reakcija, tako da kloniranje svih gena njegove biosinteze nije lak zadatak. Jedan od pristupa izolaciji kompletnog skupa takvih gena temelji se na transformaciji jednog ili nekoliko mutantnih sojeva koji nisu u stanju sintetizirati ovaj antibiotik s bankom klonova stvorenih od hromozomske DNK soja divljeg tipa. Nakon uvođenja banke klonova u mutantne ćelije, vrši se selekcija transformanata sposobnih za sintezu antibiotika. Zatim se izoluje plazmidna DNK klona koji sadrži funkcionalni ex-premiks antibiotik (tj. gen koji obnavlja funkciju izgubljenu mutiranim sojem) i koristi se kao sonda za skrining druge banke hromozomskih DNK klonova divljeg tipa. soj, iz kojeg klonovi koji sadrže nukleotidne sekvence koje se preklapaju sa sekvencom sonde. Tako se identifikuju i kloniraju DNK elementi pored komplementarne sekvence, a kompletan klaster gena za biosintezu antibiotika se ponovo stvara. Opisani postupak se odnosi na slučaj kada su ovi geni grupirani na jednom mjestu hromozomske DNK. Ako su geni za biosintezu raštrkani u obliku malih klastera na različitim mjestima, tada morate imati najmanje jednog mutanta po klasteru da biste dobili DNK klonove, koji se mogu koristiti za identifikaciju preostalih gena klastera.

Koristeći genetske ili biohemijske eksperimente, može se identifikovati, a zatim izolovati jedan ili više ključnih biosintetskih enzima, odrediti njihove N-terminalne aminokiselinske sekvence i, na osnovu ovih podataka, sintetizirati oligonukleotidne sonde. Ovaj pristup je korišten za izolaciju gena izopenicilin N sintetaze iz Penicillium chrysogenum. Ovaj enzim katalizuje oksidativnu kondenzaciju 5-(1_-a-aminoadipilN-cisteinil-P-valina u izopenicilin N, ključni intermedijer u biosintezi cepha penicillosporina). i cefalosporini.

Novi antibiotici sa jedinstvenim svojstvima i specifičnostima mogu se dobiti izvođenjem genetski modifikovanih manipulacija sa genima uključenim u biosintezu već poznatih antibiotika. Jedan od prvih eksperimenata, tokom kojeg je dobijen novi antibiotik, sastojao se od kombinovanja dva malo različita puta biosinteze antibiotika u jednom mikroorganizmu.

Jedan od plazmida Streptomyces, plJ2303, koji nosi 32,5 kb fragment hromozomske DNK S.coelicoior sadrži sve gene enzima odgovornih za biosintezu antibiotika aktinorodin iz acetata, člana porodice antibiotika izohromankinona. Cijeli plazmid i različiti subklonovi koji nose dijelove 32,5 kb fragmenta (na primjer, plJ2315) uvedeni su ili u AM-7161 soj Streptomyces sp.T koji sintetiše srodni antibiotik medermicin, ili u B1140 ili Tu22 soj S. violaceoruber. sintetizirajući srodne antibiotike granaticin i dihidrogranaticin.

Svi ovi antibiotici su acido-bazni indikatori koji daju kulturi uzgoja karakterističnu boju, ovisno o pH podloge. Zauzvrat, pH (i boja) medijuma zavise od toga koje jedinjenje se sintetiše. Mutanti roditeljskog soja S.coelicoior, koji nisu u stanju sintetizirati aktin Rodin, su bezbojni. Pojava boje nakon transformacije soja AM-7161 Streptomyces sp. ili sojevi B1J40 ili Tu22 S. violaceoruber plazmid koji nosi sve ili nekoliko gena koji kodiraju enzime biosinteze aktinorodina, ukazuje na sintezu novog antibiotika Transformants soja AM-7161 Streptomyces sp. i soj-6 1140 S. violaceoruber, koji sadrži plazmid pM2303, sintetiziraju antibiotike kodirane i plazmidnom i hromozomskom DNK.

Međutim, nakon transformacije soja S. violaceoruber Tu22 sa plazmidom plJ2303, zajedno sa aktinorodinom, sintetizira se novi antibiotik, dihidrogranatirodin, a transformacijom AM-7161 soja Streptomyces sp. Plazmid PlJ2315 sintetizira još jedan novi antibiotik - mederrodin A.

Strukturno, ovi novi antibiotici se malo razlikuju od aktinorodina, medermicina, granaticina i hidrogranaticina i vjerovatno nastaju kada međuproizvod jednog biosintetskog puta služi kao supstrat za enzim u drugom putu. Kada se detaljno prouče biohemijska svojstva različitih puteva biosinteze antibiotika, biće moguće stvoriti nove jedinstvene visoko specifične antibiotike manipulacijom gena koji kodiraju odgovarajuće enzime.

Razvoj novih metoda za dobijanje savremenih poliketidnih antibiotika.

Izraz "poliketid" odnosi se na klasu antibiotika koji nastaju uzastopnom enzimskom kondenzacijom karboksilnih kiselina kao što su acetat, propionat i butirat. Neke poliketidne antibiotike sintetiziraju biljke i gljive, ali većinu njih formiraju aktinomicete u obliku sekundarnih metabolita. Prije manipulacije genima koji kodiraju enzime za biosintezu poliketidnih antibiotika, bilo je potrebno otkriti mehanizam djelovanja ovih enzima.

Nakon detaljnog proučavanja genetskih i biohemijskih komponenti biosinteze eritromicina u ćelijama Saccharopolyspora erythraea, bilo je moguće uvesti specifične promene u genima povezane sa biosintezom ovog antibiotika, kao i sintetisati derivate eritromicina sa drugim svojstvima. Prvo je određena primarna struktura fragmenta DNK S. erythraea. 56 kbp, koji sadrži ery genski klaster, tada je eritromicin poliketid sintaza modificirana na dva različita načina. Da bi se to postiglo, 1) uklonjena je DNK regija koja kodira beta-ketoreduktazu, ili 2) napravljena je promjena u DNK regiji koja kodira enoil reduktazu. Ovi eksperimenti su omogućili da se eksperimentalno pokaže da ako se identificira i okarakteriše klaster gena koji kodiraju enzime biosinteze određenog poliketidnog antibiotika, onda će, unošenjem specifičnih promjena u njima, biti moguće smjerno promijeniti strukturu antibiotika.

Osim toga, izrezivanjem i spajanjem određenih dijelova DNK, moguće je premjestiti domene poliketid sintaze i dobiti nove poliketidne antibiotike.

DNK tehnologija za poboljšanje proizvodnje antibiotika

Uz pomoć genetskog inženjeringa moguće je ne samo stvoriti nove antibiotike, već i povećati efikasnost sinteze već poznatih. Ograničavajući faktor u industrijskoj proizvodnji antibiotika sa Streptomyces spp. često je količina kiseonika dostupna ćelijama. Zbog slabe rastvorljivosti kiseonika u vodi i velike gustine kulture Streptomyces, ona je često nedovoljna, rast ćelija se usporava, a prinos antibiotika je smanjen. Da bi se riješio ovaj problem, moguće je, prvo, promijeniti dizajn bioreaktora u kojima se uzgaja kultura Streptomyces, a drugo, metodom genetskog inženjeringa, stvoriti sojeve Streptomyces koji efikasnije koriste raspoloživi kisik. Ova dva pristupa se međusobno ne isključuju.

Jedna od strategija koju koriste neki aerobni mikroorganizmi za preživljavanje u nedostatku kisika je sintetiziranje proizvoda sličnog hemoglobinu koji može akumulirati kisik i dostaviti ga stanicama. Na primjer, aerobna bakterija Vitreoscilla sp. sintetizira homodimerni protein koji sadrži hem funkcionalno sličan eukariotskom hemoglobinu. Vitreoscilla “hemoglobin” gen je izolovan, ubačen u plazmidni vektor Streptomyces i uveden u ćelije ovog mikroorganizma. Nakon ekspresije, Vitreoscilla hemoglobin je činio približno 0,1% svih ćelijskih proteina S.coelicoior čak i kada je ekspresija izvršena pod kontrolom promotora gena Vitreoscilla za hemoglobin, a ne Streptomyces promotora. Transformirane ćelije S.coelicoior koje rastu pri niskom sadržaju rastvorenog kiseonika (oko 5% koncentracije zasićenja) sintetizirale su 10 puta više aktinorodina po 1 g suve ćelijske mase i imale su veću stopu rasta od netransformisanih ćelija. Ovaj pristup se također može koristiti za obezbjeđivanje kiseonika drugim mikroorganizmima koji rastu u uslovima nedostatka kiseonika.

Početni materijal za hemijsku sintezu nekih cefalosporina - antibiotika koji imaju blage nuspojave i aktivni su protiv mnogih bakterija - je 7-aminocefalosporna kiselina (7ASA), koja se zauzvrat sintetizira iz antibiotika cefalosporina C. Nažalost, prirodni mikroorganizmi sposobni sintetiziranja 7ASA, još nije identificiran.

Novi biosintetski put za 7ACA je konstruisan umetanjem specifičnih gena u plazmid gljive Acremonium chrysogenum, koja normalno sintetiše samo cefalosporin-C. Jedan od ovih gena predstavlja cDNK gljive Fusarium solani, koja kodira D-aminokiselinsku oksidazu, a drugi potiče od genomske DNK Pseudomonas diminuta i kodira cefalosporin acilazu. U plazmidu su geni bili pod kontrolom promotora A. chrysogenum. U prvoj fazi novog puta biosinteze, cefalosporin-C se pretvara u 7-p-(5-karboksi-5-oksopentanamid) cefalospornu kiselinu (keto-AO-7ACA) pomoću aminokiselinske oksidaze. Deo ovog proizvoda, reakcijom sa vodonik peroksidom, jednim od nusproizvoda, pretvara se u 7-beta-(4-karboksibutanamid)-cefalosporsku kiselinu (GL-7ACA). I cefalosporin-C, keto-A0-7ACA i GL-7ACA mogu biti hidrolizovani cefalosporinacilazom da bi se formirao 7ACA, ali samo 5% cefalosporina-C je direktno hidrolizovano u 7ACA. Stoga su oba enzima potrebna za stvaranje 7ACA u velikom prinosu.

Interferoni

Kasnih 70-ih - ranih 80-ih. DNK tehnologija XX veka po prvi put je počela da privlači pažnju javnosti i velikih investitora. Jedan obećavajući biotehnološki proizvod bio je interferon, za koji su se u to vrijeme nadali kao čudotvorni lijek za razne virusne bolesti i rak. O izolaciji cDNK humanog interferona i njegovoj naknadnoj ekspresiji u Escherichia coll izvještavale su sve zainteresirane publikacije u svijetu.

Za izolaciju ljudskih gena ili proteina koriste se različiti pristupi. Obično se izoluje željeni protein i odredi sekvenca aminokiselina odgovarajućeg dela molekula. Na osnovu toga se pronađe nukleotidna sekvenca koja je kodira, odgovarajući oligonukleotid se sintetiše i koristi kao hibridizatorska sonda za izolaciju željenog gena ili cDNK iz genomskih ili cDNK biblioteka. Drugi pristup je stvaranje antitijela na pročišćeni protein i njihovo korištenje za skrining biblioteka u kojima su određeni geni eksprimirani. Za ljudske proteine ​​sintetizovane pretežno u jednom tkivu, biblioteka cDNK zasnovana na mRNA izolovanoj iz ovog tkiva biće obogaćena ciljnom DNK sekvencom. Na primjer, glavni protein koji sintetiziraju stanice Langerhansovih otočića u pankreasu je inzulin, a 70% mRNA izolirane iz ovih stanica ga kodira.

Međutim, princip obogaćivanja cDNK je neprimjenjiv za one ljudske proteine ​​čija je količina vrlo mala ili je mjesto sinteze nepoznato. U ovom slučaju mogu biti potrebni drugi eksperimentalni pristupi. Na primjer, ljudski interferoni (IF), uključujući alfa, beta i gama interferone, su prirodni proteini, od kojih svaki može naći svoju terapeutsku upotrebu. Prvi gen za interferon izolovan je početkom 1980-ih. XX vijek. Od tada je otkriveno nekoliko različitih interferona. U E. coli se sintetiše polipeptid sa djelovanjem humanog leukocitnog interferona.

Nekoliko karakteristika interferona činilo je izolaciju njegove cDNK posebno teškom. Prvo, uprkos činjenici da je interferon pročišćen više od 80.000 puta, mogao se dobiti samo u vrlo malim količinama. njegova tačna molekularna težina u to vrijeme nije bila poznata. Drugo, za razliku od mnogih drugih proteina, interferon nema lako prepoznatljivu hemijsku ili biološku aktivnost: procijenjeno je samo smanjenjem citopatskog efekta životinjskog virusa na staničnu kulturu, a to je složen i dugotrajan proces. Treće, za razliku od insulina, nije se znalo da li postoje ljudske ćelije sposobne da proizvode interferon u dovoljno velikim količinama, tj. da li postoji izvor interferonske mRNA. Uprkos svim ovim poteškoćama, cDNK koji kodira interferon je na kraju izolovan i okarakterisan. Prilikom izolacije njihove cDNK, morao se razviti poseban pristup kako bi se prevladale poteškoće povezane s nedovoljnim sadržajem odgovarajuće mRNA i proteina. Sada je ova procedura ekstrakcije DNK uobičajena i standardna, a za interferone je kako slijedi.

1. Iz ljudskih leukocita izolirana mRNA i frakcionirana po veličini; izvršio reverznu transkripciju i umetnuo u Psti mjesto plazmida pBR322.

2. Dobiveni proizvod je transformiran u Escherichia coli. Dobijeni klonovi su podijeljeni u grupe. Testiranje je obavljeno na klonovima, što je omogućilo da se ubrza proces njihove identifikacije.

3. Svaki klon klon je hibridizovan sa sirovim preparatom IF-mRNA.

4. Iz nastalih hibrida koji sadrže kloniranu DNK i mRNA, mRNA je izolirana i prevedena u sistem sinteze proteina bez ćelija.

5. Odrediti interferoičnu antivirusnu aktivnost svake mješavine dobivene kao rezultat translacije. Grupe koje pokazuju aktivnost interferona sadržavale su klon sa cDNK hibridizovanom sa IF-mRNA.

6. Pozitivne grupe su podijeljene u podgrupe koje sadrže nekoliko klonova i ponovo testirane. Podgrupa se ponavlja sve dok se ne identifikuje klon koji je sadržavao ljudski IF-cDNK pune dužine.

Od tada je otkriveno nekoliko različitih vrsta interferona. Izolovani su geni nekoliko interferona i pokazala se njihova efikasnost u liječenju raznih virusnih bolesti, ali, nažalost, interferon nije postao lijek za liječenje.

Na osnovu hemijskih i bioloških svojstava interferona mogu se razlikovati tri grupe: IF-alfa, IF-beta i IF-gama. IF-alfa i IF-beta sintetiziraju stanice tretirane lijekovima virusa ili virusne RNK, a IF-gama nastaje kao odgovor na djelovanje tvari koje stimuliraju rast stanica. IF-alfa je kodirana porodicom gena od najmanje 15 nealelnih gena, dok su IF-beta i IF-gama kodirani po jednim genom. IF-alfa podtipovi pokazuju različite specifičnosti. Na primjer, kada se testira efikasnost IF-elf-1 i IF-alpha-2 na liniji goveđih ćelija tretiranih virusom, ovi interferoni pokazuju slično antivirusno djelovanje, dok u slučaju ljudskih ćelija tretiranih virusom, IF-alfa- 2 je sedam puta aktivniji od IF-alfa 1. Ako se antivirusna aktivnost testira na ćelijama miša, onda je IF-alfa-2 30 puta manje efikasan od IF-alfa-1.

Zbog činjenice da postoji porodica interferona, učinjeno je nekoliko pokušaja da se stvori IF sa kombinovanim svojstvima, koristeći činjenicu da se različiti članovi porodice IF-alfa razlikuju po stepenu i specifičnosti svoje antivirusne aktivnosti. U teoriji, to se može postići povezivanjem dijelova genskih sekvenci različitih IF-alfa. To će dovesti do stvaranja fuzionog proteina s različitim svojstvima od svakog od originalnih proteina. Poređenje cDNK sekvenci IF-alfa-1 i IF-alfa-2 pokazalo je da one sadrže ista restrikcijska mjesta na pozicijama 60, 92 i 150. Nakon cijepanja obje cDNK na ovim mjestima i naknadnog ligiranja fragmenata, nekoliko hibridnih dobijeni su geni. Ovi geni su eksprimirani u E. coli, sintetizirani proteini su pročišćeni i ispitane su njihove biološke funkcije. Ispitivanje zaštitnih svojstava hibridnih IF-a u kulturi ćelija sisara pokazalo je da su neki od njih aktivniji od roditeljskih molekula. Osim toga, mnogi hibridni IF-ovi inducirali su stvaranje 2 "-5" -oligoizoadenilat sintetaze u kontrolnim stanicama. Ovaj enzim je uključen u sintezu 2 "-5"-vezana oligonukleotida, koji zauzvrat aktiviraju latentnu ćelijsku endoribonukleazu, koja cijepa virusnu mRNA. Drugi hibridni IF su pokazali veću antiproliferativnu aktivnost od roditeljskih molekula u kulturama različitih ljudskih ćelija raka.

Hormon rasta

Strategija izgradnje novih proteina promjenom funkcionalnih domena ili usmjerenom mutagenezom može se koristiti za poboljšanje ili slabljenje bioloških svojstava proteina. Na primjer, prirodni ljudski hormon rasta (HGH) se veže u različitim tipovima ćelija i za receptor hormona rasta i za receptor prolaktina. Kako bi se izbjegle neželjene nuspojave tokom liječenja, potrebno je isključiti vezanje hGH za prolaktinski receptor. Budući da se regija molekule hormona rasta koja se vezuje za ovaj receptor samo djelimično poklapa u svojoj aminokiselinskoj sekvenci sa regijom molekula koja je u interakciji sa receptorom prolaktina, bilo je moguće selektivno smanjiti vezivanje hormona za potonji. Za to je korišćena mutageneza specifična za mesto, usled čega je došlo do određenih promena u bočnim grupama nekih aminokiselina (His-18, His-21, i Glu-174) - ligandi za Zn 2+ ione potrebne za visoke -afinitetno vezivanje hGH za prolaktinski receptor. Modifikovani hormon rasta se vezuje samo za "svoj" receptor. Dobijeni rezultati su od nesumnjivog interesa, ali još nije jasno da li se modifikovani hGH može koristiti u klinici.

Cistična fibroza

Najčešća smrtonosna nasljedna bolest među bijelcima je cistična fibroza. U Sjedinjenim Državama je identifikovano 30.000 slučajeva ove bolesti, u Kanadi i Evropi - 23.000. Pacijenti sa cističnom fibrozom često pate od infektivnih bolesti koje pogađaju pluća. Liječenje rekurentnih infekcija antibioticima na kraju dovodi do pojave rezistentnih sojeva patogenih bakterija. Bakterije i produkti njihove lize uzrokuju nakupljanje viskozne sluzi u plućima, što otežava disanje. Jedna od komponenti sluzi je DNK visoke molekularne težine, koja se oslobađa iz bakterijskih ćelija tokom lize. Naučnici iz biotehnološke kompanije Genentech (SAD) izolovali su i eksprimirali gen za DNazu, enzim koji razlaže DNK visoke molekularne težine na kraće fragmente. Pročišćeni enzim se ubrizgava kao dio aerosola u pluća pacijenata sa cističnom fibrozom, razgrađuje DNK, smanjuje se viskozitet sluzi, što olakšava disanje. Iako ove mjere ne liječe cističnu fibrozu, one pružaju olakšanje. Enzim je nedavno odobrilo američko Ministarstvo za hranu, lijekove i ljepotu (FDA) i zaradio je oko 100 miliona dolara u prodaji 2000. godine.

Još jedan biotehnološki proizvod koji pomaže pacijentima je alginat liaza. Alginat je polisaharid kojeg sintetiziraju razne alge, zemlje i morske bakterije. Njegove monomerne jedinice su dva saharida - beta-D-manuronat i alfa-1-guluronat, čiji relativni sadržaj i distribucija određuju svojstva određenog alginata. Dakle, ostaci a-L-guluronata formiraju međulančane i unutarlančane umrežene veze vezivanjem jona kalcijuma; ostaci beta-D-manuronata vezuju jone drugih metala. Alginat koji sadrži takve poprečne veze formira elastični gel, čiji je viskozitet direktno proporcionalan veličini molekula polisaharida.

Oslobađanje alginata od strane mukoznih sojeva Pseudomonas aeruginosa značajno povećava viskozitet sluzi kod pacijenata sa cističnom fibrozom. Za pročišćavanje disajnih puteva i ublažavanje stanja pacijenata, pored tretmana DNazom, potrebno je izvršiti depolimerizaciju alginata pomoću alginat liaze.

Gen alginat liaze izolovan je iz Flavobacterium sp., gram-negativne bakterije tla koja aktivno proizvodi ovaj enzim. Na bazi E. coli stvorena je banka klonova Flavobacterium i oni koji sintetišu alginat liazu su skrinirani nanošenjem svih klonova na čvrstu podlogu koja sadrži alginat uz dodatak jona kalcijuma. Pod ovim uslovima, sav alginat u medijumu, sa izuzetkom onog koji okružuje kolonije koje proizvode alginat-liazu, formira poprečne veze i postaje zamućen. Hidrolizovani alginat gubi sposobnost da formira umrežene veze, tako da medij oko kolonija koje sintetišu alginat liazu ostaje providan. Analiza kloniranog DNK fragmenta prisutnog u jednoj od pozitivnih kolonija pokazala je prisustvo otvorenog okvira za čitanje koji kodira polipeptid s molekulskom težinom od oko 69 000. Detaljnije biohemijske i genetske studije su pokazale da se čini da je ovaj polipeptid prekursor tri alginat liaze koje proizvodi Flavobacterium sp. Prvo, neki proteolitički enzim odsiječe od njega N-terminalni peptid težak oko 6 000. Preostali protein, s molekulskom težinom od 63 000, sposoban je za depolimerizaciju alginata koji proizvode i bakterije i alge. Pri naknadnom rezanju nastaje proizvod molekulske težine 23.000, depolimerizirajući alginat algi i enzim molekulske težine 40.000, koji uništava bakterijski alginat. Da bi se dobile velike količine enzima molekularne težine od 40.000, DNK koja ga kodira je amplificirana lančanom reakcijom polimeraze (PCR), a zatim umetnuta u plazmidni vektor izolovan iz B. subrjlis koji nosi gen koji kodira signalni peptid B. subrjlis a-amilaze. Transkripcija je kontrolisana korišćenjem sistema ekspresije gena penicilinaze. Kada su ćelije B. subrjlis transformisane dobijenim plazmidom i postavljene na čvrstu podlogu koja sadrži alginat sa dodatkom jona kalcijuma, formirane su kolonije sa velikim oreolom. Kada su takve kolonije uzgajane u tekućem mediju, rekombinantna alginat liaza je puštena u medij kulture. Naknadna ispitivanja su pokazala da je ovaj enzim u stanju da efikasno razblaži alginate sintetizovane od mukoznih sojeva P. aeruginosa, koji su izolovani iz pluća pacijenata sa cističnom fibrozom. Potrebna su dalja istraživanja kako bi se utvrdilo da li je kliničko testiranje rekombinantne alginat liaze prikladno.

Prevencija odbacivanja presađenog organa

1970-ih godina. revidirani su stavovi o pasivnoj imunizaciji: počela se smatrati preventivnom mjerom protiv odbacivanja presađenih organa. Predloženo je da se pacijentima ubrizgaju specifična antitijela koja će se vezati za određene vrste limfocita, smanjujući imuni odgovor na transplantirani organ.

Mišja monoklonska antitijela OCTZ bile su prve supstance koje je američko Ministarstvo za hranu, lijekove i kozmetiku preporučilo za upotrebu kao imunosupresive u transplantaciji ljudskih organa. Za odbacivanje organa odgovorne su takozvane T ćelije - limfociti koji se diferenciraju u timusu. OCTZ se vezuje za receptor na površini bilo koje T ćelije nazvan CD3. Time se sprječava razvoj potpunog imunološkog odgovora i odbacivanje presađenog organa. Ova imunosupresija je veoma efikasna, iako ima neke nuspojave, kao što su groznica i osip.

Razvijene su tehnike za proizvodnju antitijela pomoću E. coli. Hibridomi, kao i većina drugih kultura životinjskih ćelija, rastu relativno sporo, ne dostižu veliku gustoću i zahtijevaju složene i skupe medije. Ovako dobijena monoklonska antitela su veoma skupa, što ne dozvoljava njihovu široku primenu u klinici.

Kako bi se riješio ovaj problem, pokušava se stvoriti svojevrsni "bioreaktor" na bazi genetski modificiranih bakterija, biljaka i životinja. U tu svrhu, u genom domaćina uvedeni su genski konstrukti sposobni da kodiraju pojedinačne regije antitijela. Za efikasnu isporuku i funkcionisanje nekih imunoterapeutskih agenasa često je dovoljan jedan region antitela koji se vezuje za antigen (Fab ili Fv fragment), tj. prisustvo Fc dijela antitijela je opciono.

GM biljke - proizvođači lijekova

Danas izgledi da poljoprivredna biotehnologija obezbijedi takve biljke koje će se koristiti kao lijekovi ili vakcine izgledaju sve realnije. Teško je zamisliti koliko bi to moglo biti važno za siromašne zemlje, gdje su konvencionalni lijekovi još uvijek novina, a tradicionalni programi vakcinacije SZO preskupi i teški za implementaciju. Ova oblast istraživanja mora biti podržana na svaki mogući način, uključujući i saradnju javnog i privatnog sektora privrede.

Među genima čija se ekspresija u biljkama smatra egzotičnom, najvažniji su geni koji kodiraju sintezu polipeptida od medicinskog značaja. Očigledno, Calgene patent o ekspresiji interferona miša u biljnim ćelijama treba smatrati prvom studijom sprovedenom u ovoj oblasti. Kasnije je prikazana sinteza imunoglobulina u listovima biljaka.

Osim toga, moguće je uvesti u genom biljke gen koji kodira protein(e) ovojnice virusa. Konzumirajući biljku za hranu, ljudi će postepeno steći imunitet na ovaj virus. U suštini, ovo je stvaranje lekovitog bilja.

Transgene biljke imaju niz prednosti u odnosu na kulturu ćelija mikroorganizama, životinja i ljudi za proizvodnju rekombinantnih proteina. Među prednostima transgenih biljaka ističemo glavne: mogućnost proizvodnje velikih razmjera, jeftinost, lakoću čišćenja, odsutnost nečistoća koje imaju alergene, imunosupresivne, kancerogene, teratogene i druge učinke na ljude. Biljke mogu sintetizirati, glikozilirati i sastaviti proteine ​​sisara iz podjedinica. Kada se jede sirovo povrće i voće koje nose gene koji kodiraju sintezu proteina vakcine, dolazi do oralne imunizacije.

Jedan od načina da se smanji rizik od curenja gena u okolinu, koji se koristi, posebno, u stvaranju jestivih vakcina, jeste uvođenje stranih gena u hloroplaste, a ne u nuklearne hromozome, kao što je to uobičajeno. Vjeruje se da će ova metoda proširiti polje primjene GM biljaka. Unatoč činjenici da je mnogo teže uvesti željene gene u hloroplaste, ova metoda ima nekoliko prednosti. Jedna od njih je da strana DNK iz hloroplasta ne može ući u polen. Time se u potpunosti eliminiše mogućnost nekontrolisanog prenosa GM materijala.

Korištenje DNK tehnologije za razvoj vakcina

Obećavajući smjer je stvaranje transgenih biljaka koje nose gene za proteine ​​karakteristične za bakterije i viruse koji uzrokuju zarazne bolesti. Prilikom konzumacije sirovog voća i povrća koje nosi takve gene, ili njihovih liofiliziranih sokova, tijelo se vakciniše. Na primjer, kada je gen za netoksičnu podjedinicu enterotoksina kolere uveden u biljke krumpira i kada su eksperimentalni miševi hranjeni sirovim gomoljima, u njihovim su se tijelima formirala antitijela na patogene kolere. Jasno je da takve jestive vakcine mogu biti efikasna, jednostavna i jeftina metoda za zaštitu ljudi i osiguranje sigurnosti hrane općenito.

Razvoj DNK tehnologije u posljednjim decenijama revolucionirao je razvoj i proizvodnju novih vakcina. Metodama molekularne biologije i genetskog inženjeringa identifikovane su antigene determinante mnogih infektivnih agenasa, klonirani su geni koji kodiraju odgovarajuće proteine, au nekim slučajevima pokrenuta je i proizvodnja vakcina na bazi proteinskih podjedinica ovih antigena. Dijareja uzrokovana infekcijom Vibrio cholerae ili enterotoksigenom E. coli (Escherichia coli) jedna je od najopasnijih bolesti sa visokim procentom smrtnosti, posebno kod djece. Ukupan broj oboljelih od kolere u svijetu prelazi 5 miliona slučajeva godišnje, od čega umire oko 200 hiljada ljudi. Stoga Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) posvećuje pažnju prevenciji dijarejnih infekcija, na svaki mogući način podstičući stvaranje raznih vakcina protiv ovih bolesti. Epidemije kolere su prisutne i u našoj zemlji, posebno u južnim krajevima.

Dijareične bakterijske bolesti su rasprostranjene i kod domaćih životinja i peradi, prvenstveno kod mladih životinja, što uzrokuje velike gubitke na farmama kao rezultat gubitka težine i mortaliteta.

Klasičan primjer rekombinantne vakcine dobijene pomoću mikroorganizama je proizvodnja površinskog antigena hepatitisa B. Virusni HBsAg gen je ubačen u plazmid kvasca, uslijed čega je u kvascu u velikim količinama sintetiziran virusni protein koji je nakon pročišćavanja , koristi se za injekcije kao efikasna vakcina protiv hepatitisa (Pelre et al., 1992).

Mnoge južne zemlje sa visokom incidencom hepatitisa vakcinišu stanovništvo, uključujući i djecu, protiv ove bolesti. Nažalost, cijena takve vakcine je relativno visoka, što onemogućava široko usvajanje univerzalnih programa vakcinacije stanovništva u zemljama s niskim životnim standardom. U vezi s ovom situacijom, početkom 1990-ih, SZO je pokrenula inicijativu za stvaranje novih tehnologija za proizvodnju jeftinih vakcina protiv zaraznih bolesti dostupnih svim zemljama svijeta.

Prije deset godina predstavljen je koncept korištenja transgenih biljaka za proizvodnju takozvanih "jestivih" vakcina. Zaista, ako bilo koji jestivi organ biljke sintetizira protein-antigen sa jakim oralnim imunogenim svojstvima, onda kada se te biljke jedu hranom, protein-antigen će se probaviti paralelno sa proizvodnjom odgovarajućih antitijela.

Dobijene biljke duhana nose gen koji kodira antigen omotača virusa hepatitisa B ispod promotora biljke. Prisustvo antigena u listovima transgenih biljaka potvrđeno je enzimskim imunotestom. Pokazana je sličnost fizičko-hemijske strukture i imunoloških svojstava nastalog rekombinantnog antigena i antigena humanog seruma.

Identifikacija antitijela proizvedenih u biljkama pokazala je mogućnost sklapanja dva rekombinantna genska proizvoda u jedan proteinski molekul, što je nemoguće u prokariotskim stanicama. Sastavljanje antitijela se dogodilo kada su oba lanca sintetizirana sa signalnom sekvencom. Osim toga, uz mogućnost uvođenja dva gena u jednu biljku, moguće je i kombiniranje pojedinačnih polipeptidnih lanaca sintetiziranih u različitim transgenim biljkama u kompletan protein tokom hibridizacije ove dvije biljke. Moguće je uvesti nekoliko gena na jedan plazmid.

Biljke koje proizvode transgene autoantigene mogu se koristiti i za druge autoimune bolesti kao što su multipla skleroza, reumatoidni artritis, dijabetes ovisan o insulinu, pa čak i odbacivanje presađenog organa. Inzulinski ovisni dijabetes je autoimuna bolest u kojoj su stanice gušterače koje proizvode inzulin uništene vlastitim citotoksičnim T limfocitima. Oralna profilaktička konzumacija značajnih količina imunogenih proteina može dovesti do prevencije i značajnog odlaganja pojave simptoma autoimunih bolesti. Međutim, to je moguće samo u prisustvu značajne količine autoantigena. Proteini insulin i dekarboksilaza glutaminske kiseline gušterače (GAD65) smatraju se oralnim vakcinama za prevenciju dijabetesa zavisnog od insulina. Nedavno su kanadski biotehnolozi proizveli transgene biljke krompira koje sintetiziraju pankreasnu dekarboksilazu glutaminske kiseline. Prilikom hranjenja miševa predisponiranih za dijabetes, zabilježeno je i smanjenje incidencije dijabetesa i veličine autoimunog odgovora.

Navedeni rezultati razvoja genetskog inženjeringa uvjerljivo ukazuju na mogućnost stvaranja "jestivih" vakcina na bazi transgenih biljaka. S obzirom na činjenicu da će razvoj vakcina za ljude trajati mnogo duže i rigorozniji zdravstveni skrining, za očekivati ​​je da će biti razvijene prve jestive vakcine za životinje. Studije na životinjama pomoći će da se otkriju mehanizmi djelovanja "jestivih" vakcina i tek onda, nakon dugog proučavanja i sveobuhvatne procjene, takve vakcine mogu biti korištene u kliničkoj praksi. Ipak, rad u ovom smjeru se aktivno nastavlja, a ideja o korištenju postrojenja za proizvodnju cjepiva već je patentirana u Sjedinjenim Državama, što ukazuje na komercijalni interes za ovaj razvoj.

Uprkos ovim ohrabrujućim rezultatima, razvoj komercijalnih "jestivih" vakcina protiv dijareje zahteva dalja istraživanja. U patogenezi enterotoksičnog oblika bakterijske i kolere dijareje primarno je osigurati sposobnost bakterija da se razmnožavaju u tankom crijevu. Ovaj proces ovisi o sposobnosti Escherichia coli da prianja, što je zbog prisutnosti na površini bakterijskih stanica posebnih filamentoznih formacija proteinske prirode - fimbrije. Na zidovima tankog crijeva pacijenata sa dijarejom nalazi se znatno više bakterija nego u lumenu istog dijela crijeva, što je povezano s prisustvom fimbrijalnih adhezina u Escherichia coli - proteinima koji obezbjeđuju vezivanje za receptore na površine crijevnog epitela.

Čak su i nepatogeni sojevi Escherichia coll, koji su sadržavali plazmid koji kodira sintezu adhezina, bili u stanju da koloniziraju crijeva i izazovu dijareju bez stvaranja enterotoksina. S tim u vezi, vjerovatno je da sam imunitet protiv toksina neće biti dovoljan da spriječi patogene efekte uzrokovane Vibrio cholerae ili Escherichia coli. Moguće je da će za prevladavanje ovih efekata, pored antigena enterotoksina, biti potrebno ekspresirati neutralizirajuće epitope strukturnih antigena, kao što su lipopolisaharidi, proteini vanjske membrane bakterija ili adhezini povezani s fimbrijama ove bakterije, koje su odgovorne za vezivanje za crijevnu sluznicu. Nedavno je jedan takav adhezin, FimH, uspješno korišten za imunizaciju miševa protiv bakterijske dijareje.

Drugi važan problem povezan sa razvojem "jestivih" vakcina je nivo ekspresije heterolognog antigena u biljkama. Budući da su za oralnu primjenu vakcine potrebne veće količine antigena nego za parenteralno, potrebno je povećati količinu sintetiziranog antigena u biljkama, koja sada ne iznosi više od 0,3% ukupnog rastvorljivog proteina. Istovremeno, nivo ekspresije treba da bude dovoljno visok da izazove imuni odgovor, ali manji od nivoa koji izaziva toleranciju na antigen, kao što je slučaj sa supstancama koje se konzumiraju normalnom hranom. A budući da imunološki odgovor (imunogenost protiv tolerancije) može biti specifičan za antigen, nivoi ekspresije za svaki potencijalni antigen će se morati odabrati pojedinačno.

Eksperimenti pokazuju da se nivo ekspresije heterolognog antigena u biljkama može povećati upotrebom tkivno specifičnih promotora i pojačivača, pojačivača transkripcije i translacije, dodavanjem transportnih peptida, kao i promjenom nukleotidne sekvence odgovarajućih gena korištenjem kodona poželjnih za biljke. Međutim, pitanje koje biljke je najbolje koristiti i u kojem jestivom organu je bolje izraziti antigen zahtijeva daljnja istraživanja, jer razne biljke mogu sadržavati tvari koje blokiraju ili usporavaju imunološki odgovor ili su jednostavno toksične za ljude i životinje, kao npr. kao alkaloidi u ćelijama duvana.

ABC zdravlja - zdrava hrana

Dostignuća naučnog i tehnološkog napretka uticala su na sve sfere ljudskog djelovanja, od proizvodnje do svakodnevnog života. Ljudi su stoljećima pokušavali da se oslobode fizičkog napora, automatiziraju proizvodnju, stvaraju kućne aparate itd. I, generalno, pušteni su. Kao rezultat toga, dnevna potrošnja energije osobe do kraja XX vijeka u odnosu na njegov početak smanjena je za 1,5-2 puta.

Ljudsko zdravlje je određeno uglavnom nasljednom predispozicijom (genetika) i ishranom. U svim vremenima, stvaranje prehrambene baze je bila garancija i osnova za prosperitet svake države. Stoga je svaka država zainteresovana za projekte preventivnih i zdravstvenih programa, poboljšanje strukture ishrane, poboljšanje kvaliteta života, smanjenje morbiditeta i mortaliteta. Ishrana je ta koja nas usko povezuje sa okolinom, a hrana je materijal od kojeg je izgrađeno ljudsko tijelo. Stoga, poznavanje zakona optimalne prehrane omogućava vam da osigurate ljudsko zdravlje. Ovo znanje je jednostavno i glasi: trošite onoliko energije koliko trošite. Energetska vrijednost (kalorični sadržaj) dnevne prehrane treba odgovarati dnevnoj potrošnji energije. Druga je maksimalna raznovrsnost hrane, koja će omogućiti raznovrsnost hemijskog sastava ishrane fiziološkim potrebama osobe za prehrambenim supstancama (oko 600 artikala). Hrana koja se konzumira treba da sadrži bjelančevine, masti, ugljikohidrate, vitamine, mineralne soli, vodu, vlakna, enzime, aromatične i ekstraktivne tvari, manje komponente - bioflavonoide, indole, antocijanide, izoflavone i mnoge druge. U slučaju insuficijencije barem jedne od ovih komponenti, mogući su ozbiljni zdravstveni problemi. A da se to ne bi dogodilo, dnevna ishrana osobe treba da sadrži oko 32 naziva raznih namirnica.

Optimalan omjer nutrijenata koji ulaze u organizam doprinosi očuvanju zdravlja i dugovječnosti. Ali, nažalost, većinu svjetske populacije karakterizira nedostatak sljedećih nutrijenata: potpunih (životinjskih) proteina; polinezasićene masne kiseline; vitamini C, B, B2, E, folna kiselina, retinol, beta-karoten i drugi; makro- i mikroelementi: Ca, Fe, Zn, F, Se, I i drugi; dijetalna vlakna. I prekomjerna konzumacija takvih životinjskih masti i lako probavljivih ugljikohidrata.

Deficit u potrošnji proteina za većinu stanovništva je u prosjeku 20%, sadržaj većine vitamina i mikroelemenata je 15-55% manji od izračunatih vrijednosti potreba za njima, a dijetetskih vlakana je 30% manji. Kršenje nutritivnog statusa neminovno dovodi do pogoršanja zdravlja i, kao rezultat, razvoja bolesti. Ako uzmemo cjelokupnu populaciju Ruske Federacije kao 100%, onda će samo 20% biti zdravo, ljudi u stanju neprilagođenosti (sa smanjenim adaptivnim otporom) - 40%, a u stanju prije bolesti i bolesti - 20 %, respektivno.

Među najčešćim alimentarno zavisnim bolestima su: ateroskleroza; hipertonična bolest; hiperlipidemija; gojaznost; dijabetes; osteoporoza; giht; neke maligne neoplazme.

Dinamiku demografskih pokazatelja u Ruskoj Federaciji i Ukrajini u posljednjih 10 godina također karakteriziraju izrazito negativni trendovi. Stopa mortaliteta je skoro dvostruko veća od stope nataliteta, očekivani životni vijek je značajno inferiorniji ne samo od razvijenih zemalja...

U strukturi uzroka smrti vodeće mjesto zauzimaju patologije kardiovaskularnog sistema i onkološke bolesti - bolesti čiji rizik, između ostalih razloga, zavisi i od poremećaja u ishrani.

Treba uzeti u obzir i nedostatak prehrambenih proizvoda u svijetu. Tokom 20. veka, svetska populacija se povećala sa 1,5 na 6 milijardi ljudi. Pretpostavlja se da će do 2020. porasti na 8 milijardi ili više, ovisno o tome ko i kako se računa. Jasno je da je glavni problem ishrana ovolikog broja ljudi. Uprkos činjenici da je poljoprivredna proizvodnja u proteklih 40 godina, zahvaljujući selekciji i unapređenju agronomskih metoda, rasla u prosjeku 2,5 puta, dalji rast se čini malo vjerojatnim. To znači da će stopa proizvodnje poljoprivredno-prehrambenih proizvoda u budućnosti sve više zaostajati za stopom rasta stanovništva.

Savremeni čovjek dnevno unese oko 800 g hrane i 2 litre vode. Dakle, samo u jednom danu ljudi pojedu više od 4 miliona tona hrane. Već sada nestašica prehrambenih proizvoda u svijetu premašuje 60 miliona tona, a prognoze su razočaravajuće...

Rješenje problema povećanja proizvodnje hrane starim metodama više nije moguće. Osim toga, tradicionalne poljoprivredne tehnologije nisu obnovljive: u proteklih 20 godina čovječanstvo je izgubilo preko 15% plodnog sloja tla, a većina pogodnog za uzgoj već je uključena u poljoprivrednu proizvodnju.

Analiza situacije koja se posljednjih godina razvila u agroindustrijskom kompleksu Rusije ukazuje na smanjenje živog stanovništva i pad proizvodnje svih vrsta poljoprivrednih proizvoda za više od 1,5 puta. Uz preostale ukupne količine prirodnih i radnih resursa, kriza je izazvala naglo pogoršanje korišćenja obradivog zemljišta, smanjenje produktivnosti agroekosistema, više od 30 miliona hektara visokoproduktivnih agrocenoza je povučeno iz prometa.

Dosadašnje mjere za stabilizaciju stanja na poljoprivrednom tržištu pokazale su se nedjelotvornim i nedovoljnim. A uvoz hrane je premašio sve razumne granice i doveo u pitanje sigurnost hrane.

Na osnovu važnosti optimizacije strukture ishrane za zdravlje nacije, razvoj i bezbednost zemlje, razvijen je prioritetni pravac za poboljšanje ishrane stanovništva Rusije: eliminisanje deficita kompletnih proteina; otklanjanje nedostataka mikronutrijenata; stvaranje uslova za optimalan fizički i psihički razvoj djece; osiguranje bezbjednosti domaćih i uvoznih prehrambenih proizvoda; povećanje nivoa znanja stanovništva o pitanjima zdrave ishrane. Naučna osnova za savremenu strategiju proizvodnje hrane je potraga za novim resursima koji obezbeđuju optimalan odnos hemijskih komponenti hrane za ljudski organizam. Rješenje ovog problema je prvenstveno pronalaženje novih izvora proteina i vitamina.

Na primjer, biljka koja sadrži kompletan protein, koji po setu aminokiselina nije inferioran životinjskim proteinima, je soja. Uvođenje proizvoda iz njega u prehranu omogućava vam da nadoknadite nedostatak proteina, kao i raznih manjih komponenti, posebno izoflavona.

Jedno od rješenja problema s hranom je hemijska sinteza prehrambenih proizvoda i njihovih komponenti, a određeni napredak je već postignut u proizvodnji vitaminskih preparata. Vrlo perspektivan i već korišten način za dobijanje visokokvalitetnih prehrambenih proizvoda je njihovo obogaćivanje proteinima i vitaminima u procesu tehnološke obrade, odnosno proizvodnje hrane određenog hemijskog sastava.

Drugi način je korištenje mikroorganizama kao pojedinačnih komponenti prehrambenih proizvoda, jer je stopa rasta mikroorganizama hiljadu puta veća od stope rasta domaćih životinja i 500 puta od rasta biljaka.

Važno je da postoji mogućnost usmjerenog genetskog predodređenja u mikroorganizmima njihovog hemijskog sastava, njegovog poboljšanja, što direktno određuje njihovu nutritivnu vrijednost i perspektivu upotrebe.

Dakle, u novom vijeku proizvodnja hrane neće moći bez upotrebe visokih modernih tehnologija, a posebno bez upotrebe biotehnologije, upotrebe mikroorganizama za dobijanje hrane.

Rastom svijesti o važnosti zdravog načina života, povećana je potražnja za hranom koja ne sadrži štetne tvari. I ovdje DNK tehnolozi nisu mogli a da ne učestvuju.

Iznad smo već spomenuli šećernu repu, koja proizvodi fruktan, niskokaloričnu zamjenu za saharozu. Ovaj rezultat je dobijen umetanjem gena iz jeruzalemske artičoke u genom cvekle, koji kodira enzim koji pretvara saharozu u fruktan. Tako se 90% akumulirane saharoze u transgenim biljkama repe pretvara u fruktan.

Još jedan primjer rada na stvaranju proizvoda "funkcionalne prehrane" je pokušaj stvaranja kafe bez kofeina. Tim naučnika na Havajima izolovao je gen za enzim ksantozin-N7-metiltransferazu, koji katalizira kritični prvi korak u sintezi kofeina u listovima i zrnu kafe. Uz pomoć Agrobacterium, antisens verzija ovog gena je ubačena u ćelije kulture tkiva Arabica kafe. Istraživanja transformisanih ćelija su pokazala da je nivo kofeina u njima samo 2% normalnog. Ako rad na regeneraciji i reprodukciji transformiranih biljaka bude uspješan, tada će se njihovom upotrebom izbjeći proces hemijske dekofeinizacije kafe, čime će se ne samo uštedjeti 2,00 USD po kilogramu kafe (cijena procesa), već će se i sačuvati Ovako pokvaren ukus pića, koji se delimično gubi tokom dekofeinizacije...

Zemlje u razvoju, u kojima stotine miliona ljudi gladuju, posebno imaju potrebu za poboljšanim kvalitetom hrane. Na primjer, mahunarkama koje se uzgajaju širom svijeta nedostaju neke aminokiseline koje sadrže sumpor, uključujući metionin. Sada se aktivno pokušavaju povećati koncentracija metionina u mahunarkama. U GM biljkama moguće je povećati sadržaj proteina za skladištenje za 25% (to je do sada rađeno za neke sorte pasulja). Drugi primjer koji je već spomenut je „zlatni pirinač“ obogaćen beta karotenom, koji je nabavio profesor Potrikus sa Tehničkog univerziteta u Cirihu. Dobijanje industrijske ocjene bilo bi izvanredno postignuće. Pokušava se i da se pirinač obogati vitaminom B, čiji nedostatak dovodi do anemije i drugih bolesti.

Rad na poboljšanju kvalitetnih karakteristika biljne proizvodnje dobro ilustruje mogućnosti savremenih DNK tehnologija u rješavanju širokog spektra problema.

Hrana kao lek

Termin "biotehnologija" odnosi se na skup industrijskih metoda koje koriste žive organizme i biološke procese za proizvodnju. Biotehnološke metode stare su koliko i svijet - vinarstvo, pečenje, pivarstvo, proizvodnja sira baziraju se na korištenju mikroorganizama i također spadaju u biotehnologiju.

Savremena biotehnologija zasnovana je na ćelijskom i genetskom inženjeringu, što omogućava dobijanje vrijednih biološki aktivnih supstanci - antibiotika, hormona, enzima, imunomodulatora, sintetičkih vakcina, aminokiselina, kao i proteina hrane, za stvaranje novih sorti biljaka i pasmina životinja. . Glavna prednost korištenja novih pristupa je smanjenje ovisnosti proizvodnje o prirodnim resursima, korištenje ekološki i ekonomski najisplativijih metoda poljoprivrede.

Stvaranje genetski modificiranih biljaka omogućava da se višestruko ubrza proces oplemenjivanja kultivisanih sorti, kao i da se dobiju usjevi sa svojstvima koja se ne mogu uzgajati tradicionalnim metodama. Genetska modifikacija useva čini ih otpornim na pesticide, štetočine, bolesti, smanjujući gubitke tokom uzgoja, skladištenja i poboljšavajući kvalitet proizvoda.

Što je tipično za drugu generaciju transgenih usjeva koji se već proizvode u industrijskim razmjerima? Imaju veće agrotehničke karakteristike, odnosno veću otpornost na štetočine i korove, a samim tim i veće prinose.

Sa stajališta medicine, važne prednosti transgenih proizvoda su to što je, prvo, bilo moguće značajno smanjiti zaostalu količinu pesticida, što je omogućilo smanjenje kemijskog opterećenja na ljudsko tijelo u nepovoljnoj ekološkoj situaciji. Drugo, da se biljkama daju insekticidna svojstva, što dovodi do smanjenja njihove zaraze insektima, a to uvelike smanjuje zaraženost žitarica plijesni. Poznato je da proizvode mikotoksine (posebno fumonizine - prirodne zagađivače žitarica) koji su toksični za ljude.

Dakle, i prva i druga generacija GM proizvoda pozitivno utiču na zdravlje ljudi ne samo posredno – kroz poboljšanje životne sredine, već i direktno – kroz smanjenje rezidualne količine pesticida i sadržaja mikotoksina. Nije iznenađujuće da se površine koje zauzimaju transgene kulture povećavaju iz godine u godinu.

Ali sada će se najveća pažnja posvetiti stvaranju proizvoda treće generacije, poboljšane ili modificirane nutritivne vrijednosti, otpornih na klimatske faktore, zaslanjenost tla, kao i sa produženim rokom trajanja i poboljšanim svojstvima okusa, koje karakterizira odsustvo alergeni.

Za usjeve četvrte generacije, pored gore navedenih kvaliteta, bit će karakteristična promjena u arhitekturi biljaka (na primjer, nizak rast), promjena vremena cvatnje i plodova, što će omogućiti uzgoj tropskih biljaka. plodovi u srednjoj traci, promjena veličine, oblika i broja plodova, povećanje efikasnosti fotosinteze, proizvodnja hranjivih tvari s povećanim nivoom asimilacije, odnosno bolje apsorbiranih u tijelu.

Unapređenje metoda genetske modifikacije, kao i produbljivanje znanja o funkcijama hrane i o metabolizmu u ljudskom tijelu, omogućit će proizvodnju proizvoda namijenjenih ne samo osiguravanju adekvatne ishrane, već i daljem poboljšanju zdravlja i prevenciji bolesti. .

Biljke-bioreaktori

Jedno od obećavajućih područja biljne DNK tehnologije je stvaranje bioreaktorskih biljaka sposobnih za proizvodnju proteina neophodnih u medicini, farmakologiji itd. Prednosti bioreaktorskih biljaka uključuju odsustvo potrebe za hranjenjem i održavanjem, relativnu lakoću stvaranja i razmnožavanja. i visoku produktivnost. Osim toga, strani proteini ne indukuju imune odgovore u biljkama, što je teško postići kod životinja.

Postoji potreba za dobijanjem čitavog skupa biološki aktivnih proteina, koji zbog veoma niskog nivoa sinteze u specifičnim tkivima ili proizvodima nisu dostupni za proučavanje mehanizmom delovanja, širokom upotrebom ili određivanjem područja dodatne upotrebe. . Ovi proteini uključuju, na primjer, laktoferin, koji se u malim količinama nalazi u mlijeku sisara, leukocitima u krvi.

Humani laktoferin (hLF) je perspektivan za upotrebu kao dodatak hrani i medicinski preparat za prevenciju i liječenje zaraznih bolesti gastrointestinalnog trakta male djece, povećavajući imunološki odgovor organizma kod malignih i niza virusnih (AIDS) bolesti. Proizvodnja laktoferina iz goveđeg mlijeka, zbog niskog sadržaja, dovodi do visoke cijene lijeka. Uvođenjem cDNA laktoferinskog gena u ćelije duhana dobijen je niz kalusnih tkiva koji sintetiziraju skraćeni laktoferin čija su antibakterijska svojstva bila mnogo jača od antibakterijskih svojstava nativnog laktoferina. Koncentracija ovog skraćenog laktoferina u ćelijama duhana bila je 0,6-2,5%.

Geni se ubacuju u genom biljke, čiji proizvodi izazivaju imuni odgovor kod ljudi i životinja, na primjer, protiv proteina omotača uzročnika različitih bolesti, posebno kolere, hepatitisa, dijareje, kao i protiv antigena plazma membrana nekih tumora.

Stvaraju se transgene biljke koje nose gene koji proizvode neke hormone neophodne za hormonsku terapiju kod ljudi, itd.

Primjer upotrebe biljaka za stvaranje vakcina je rad na Univerzitetu Stanford. U ovom radu su antitela na jedan od oblika karcinoma dobijena pomoću modernizovanog virusa mozaika duvana, u koji je ugrađen hipervarijabilni region limfomskog imunoglobulina. Biljke zaražene moderniziranim virusom proizvele su antitijela ispravne konformacije u količini dovoljnoj za kliničku upotrebu. 80% miševa koji su primili antitijela preživjelo je limfom, dok su svi miševi koji nisu primili vakcinu umrli. Predložena metoda omogućava brzo dobijanje specifičnih antitijela za pacijenta u količini dovoljnoj za kliničku upotrebu.

Izgledi za korištenje biljaka za proizvodnju antitijela su veliki. Kevin Uzil i saradnici su pokazali da su antitijela proizvedena od soje efikasna u zaštiti miševa od infekcije virusom herpesa. U poređenju sa antitijelima proizvedenim u kulturama ćelija sisara, antitijela proizvedena u biljkama imala su slična fizička svojstva, ostala su stabilna u ljudskim stanicama i nisu se razlikovala po svojoj sposobnosti da vežu i neutraliziraju virus. Klinička ispitivanja su pokazala da upotreba antitijela proizvedenih od duhana učinkovito inhibira umnožavanje mutantnih streptokoka koji uzrokuju karijes.

Provedeno je stvaranje vakcine proizvedene od krompira protiv dijabetesa zavisnog od insulina. U krtolama krompira akumuliran je himerni protein koji se sastoji od B podjedinice toksina kolere i proinzulina. Prisustvo B podjedinice olakšava ćelijama da konzumiraju ovaj proizvod, što čini vakcinu 100 puta efikasnijom. Hranjenje miševa dijabetičara u gomolje mikrogramskim količinama insulina usporilo je napredovanje bolesti.

Genske tehnologije u borbi protiv zagađenja životne sredine. Fitoremedijacija

Čovjek je svojim djelovanjem intervenirao u toku evolucijskog razvoja života na Zemlji i uništio postojanje biosfere neovisne o čovjeku. Ali nije uspio ukinuti osnovne zakone koji upravljaju biosferom i osloboditi se njihovog utjecaja.

Ponovno rođen nakon sljedeće kataklizme iz preostalih žarišta, prilagođavajući se i evoluirajući, život je, ipak, u svakom trenutku imao glavni smjer razvoja. Utvrđen je Rulierovim zakonom istorijskog razvoja, prema kojem, u okviru napretka života i nepovratnosti evolucije, sve teži nezavisnosti od uslova sredine. U istorijskom procesu takva težnja se ostvaruje povećanjem složenosti organizacije, koja se izražava u sve većoj diferencijaciji strukture i funkcija. Tako se na svakom uzastopnom zavoju spirale evolucije pojavljuju organizmi sa sve složenijim nervnim sistemom i njegovim centrom - mozgom. Naučnici-evolucionisti XIX veka. ovaj pravac evolucije nazvali su "cefalizacija" (od grčkog "cephalon" - mozak) Međutim, cefalizacija primata i komplikacija njihovog tijela na kraju su čovječanstvo kao biološku vrstu doveli na rub izumiranja prema biološkom pravilu ubrzanja evolucija, prema kojoj usložnjavanje biološkog sistema znači smanjenje prosječnog trajanja postojanja vrste i povećanje stope njene evolucije. Na primjer, prosječni životni vijek vrste ptica je 2 miliona godina, sisara - 800 hiljada godina, oblika predaka čovjeka - 200-500 hiljada godina. Moderna podvrsta čovjeka postoji, prema nekim idejama, tek od 50 do 100 hiljada godina, ali mnogi znanstvenici smatraju da su njegov genetski potencijal i rezerve iscrpljeni (Dlekseenko, Keisevich, 1997).

Preci modernog čovjeka stupili su na put koji intenzivira suočavanje sa biosferom i vodi u katastrofu prije otprilike 1,5-3 miliona godina, kada su prvi put počeli koristiti vatru. Od tog trenutka, putevi čovjeka i biosfere su se razišli, počelo je njihovo suprotstavljanje, čiji rezultat može biti kolaps biosfere ili nestanak čovjeka kao vrste.

Čovječanstvo ne može napustiti nijedno civilizacijsko dostignuće, čak i ako je pogubno: za razliku od životinja koje koriste samo obnovljive izvore energije, i to u količinama koje su dovoljne sposobnosti biosfere da samoreproducira biomasu, čovječanstvo može postojati koristeći ne toliko obnovljive koliko ne- obnovljivi izvori energije i izvori energije. Novi izumi u ovoj oblasti samo pogoršavaju ovo protivljenje.

Jedan od najnovijih trendova u korištenju transgenih biljaka je njihova upotreba za fitoremedijaciju - čišćenje tla, vodenih funti itd. - od zagađivača: teških metala, radionuklida i drugih štetnih jedinjenja.

Zagađenje okoliša prirodnim tvarima (nafta, teški metali itd.) i sintetičkim spojevima (ksenobiotici), često toksičnim za sva živa bića, povećava se iz godine u godinu. Kako spriječiti dalju kontaminaciju biosfere i eliminirati njena postojeća žarišta? Jedno od rješenja je korištenje genetskih tehnologija. Na primjer, živi organizmi, prvenstveno mikroorganizmi. Ovaj pristup se naziva "bioremedijacija" - biotehnologija usmjerena na zaštitu okoliša. Za razliku od industrijskih biotehnologija, čiji je glavni cilj dobivanje korisnih metabolita mikroorganizama, borba protiv zagađenja je neizbježno povezana s "ispuštanjem" mikroorganizama u okoliš, što zahtijeva dubinsko razumijevanje njihove interakcije s njom. Mikroorganizmi proizvode biorazgradnju – uništavanje opasnih spojeva koji za većinu njih nisu uobičajeni supstrat. Biohemijski putevi razgradnje složenih organskih spojeva mogu biti prilično opsežni (na primjer, naftalen i njegovi derivati ​​uništavaju se desetak različitih enzima).

Razgradnju organskih spojeva u bakterijama najčešće kontroliraju plazmidi. Zovu se degradacijski plazmidi ili D-plazmidi. Oni razgrađuju spojeve kao što su salicilat, naftalen, kamfor, oktan, toluen, ksilen, bifenil itd. Većina D-plazmida je izolirana u zemljišnim sojevima bakterija roda Pseudomonas. Ali imaju ih i druge bakterije: Alcalkjenes, Flavobacterium, Artrobacter, itd. Plazmidi koji kontrolišu otpornost na teške metale pronađeni su u mnogim pseudomonadama. Gotovo svi D-plazmidi, kako stručnjaci kažu, su konjugativni, tj. su u stanju da se samostalno prenose u ćelije potencijalnog primaoca.

D-plazmidi mogu kontrolisati i početne faze razgradnje organskog jedinjenja i njegovu potpunu degradaciju. Prvi tip je OST plazmid, koji kontrolira oksidaciju alifatskih ugljikovodika u aldehide. Geni sadržani u njemu kontrolišu ekspresiju dva enzima: hidroksilaze, koja pretvara ugljovodonik u alkohol, i alkohol dehidrogenaze, koja oksidira alkohol u aldehid. Daljnju oksidaciju provode enzimi, za čiju sintezu su "odgovorni" geni hromozoma. Međutim, većina D-plazmida pripada drugom tipu.

Bakterije otporne na živu eksprimiraju mer A gen, koji kodira protein za prijenos i detoksikaciju žive. Modificirani konstrukt mer A gena korišten je za transformaciju duhana, sjemena uljane repice, topole i Arabidopsis. U hidroponskoj kulturi biljke sa ovim genom ekstrahovane su iz vodene sredine do 80% živinih jona. Istovremeno, rast i metabolizam transgenih biljaka nisu potisnuti. Otpornost na živu prenosila se kroz semenske generacije.

Uvođenjem tri modificirana konstrukta gena mer A u stablo tulipana (Liriodendron tulipifera), biljke jedne od dobivenih linija karakterizirane su brzim rastom u prisutnosti koncentracija živinog klorida (HgCl 2) opasnih za kontrolu biljaka. . Biljke ove linije apsorbovale su i pretvorile u manje toksičan elementarni oblik žive i isparile do 10 puta više jonske žive nego kontrolne biljke. Naučnici vjeruju da će se elementarna živa koju ispare transgeno drveće ove vrste odmah raspršiti u zrak.

Teški metali su sastavni dio zagađivača zemljišta koji se koriste u poljoprivrednoj proizvodnji. U slučaju kadmijuma, poznato je da ga većina biljaka akumulira u korijenu, dok ga neke biljke, poput zelene salate i duhana, akumuliraju uglavnom u listovima. Kadmijum ulazi u tlo uglavnom iz industrijskih emisija i kao nečistoća u fosfornim đubrivima.

Jedan od pristupa smanjenju unosa kadmijuma kod ljudi i životinja može biti proizvodnja transgenih biljaka koje akumuliraju manju količinu ovog metala u listovima. Ovaj pristup je vrijedan za one biljne vrste čije se lišće koristi za hranu ili za stočnu hranu.

Također možete koristiti metalotioneine, male proteine ​​bogate cisteinom koji mogu vezati teške metale. Pokazalo se da je metalotionein sisara funkcionalan u biljkama. Dobivene su transgene biljke koje eksprimiraju gene metalotioneina i pokazalo se da su ove biljke otpornije na kadmijum od kontrolnih.

Transgene biljke sa hMTII genom sisara imale su 60-70% nižu koncentraciju kadmijuma u stabljikama u odnosu na kontrolu, a smanjen je i prijenos kadmijuma iz korijena u stabljike - samo 20% apsorbiranog kadmijuma je transportovano do stabljike. .

Poznato je da biljke akumuliraju teške metale izvlačeći ih iz tla ili vode. Fitoremedijacija se zasniva na ovoj osobini, podijeljenoj na fitoekstrakciju i rizofiltraciju. Fitoekstrakcija se odnosi na korištenje brzorastućih biljaka za izdvajanje teških metala iz tla. Rizofiltracija je apsorpcija i koncentracija toksičnih metala iz vode korijenjem biljaka. Biljke koje su apsorbirale metale se kompostiraju ili spaljuju. Biljke se značajno razlikuju po kapacitetu skladištenja. Dakle, prokulice mogu akumulirati do 3,5% olova (na osnovu suhe težine biljaka), a njezino korijenje - do 20%. Ova biljka takođe uspešno akumulira bakar, nikl, hrom, cink itd. Fitoremedijacija je također obećavajuća za prečišćavanje tla i vode od radionuklida. Ali otrovne organske spojeve biljke ne razgrađuju, već je obećavajuće koristiti mikroorganizme ovdje. Iako neki autori insistiraju na smanjenju koncentracije organskih zagađivača tokom fitoremedijacije, one uglavnom ne uništavaju biljke, već mikroorganizmi koji žive u njihovoj rizosferi.

Simbiotski fiksator dušika lucerke, Rhlzobium melitotj, integriran je s brojnim genima koji razgrađuju benzin, toluin i ksilen sadržani u gorivu. Duboki korijenski sistem lucerne omogućava čišćenje tla zagađenog uljnim proizvodima do dubine od 2-2,5 metara.

Treba imati na umu da se većina ksenobiotika pojavila u okolišu u posljednjih 50 godina. Ali u prirodi već postoje mikroorganizmi sposobni da ih iskoriste. To sugerira da se u populacijama mikroorganizama genetski događaji događaju prilično brzo, koji određuju njihovu evoluciju, tačnije mikroevoluciju. Budući da je broj ksenobiotika u vezi sa našom tehnogenom civilizacijom sve veći, važno je imati opće razumijevanje metabolizma mikroorganizama i njihovih metaboličkih mogućnosti. Sve je to zahtijevalo razvoj nove nauke - metabolomike. Temelji se na činjenici da bakterije mogu steći sposobnost obrade novih spojeva kao rezultat mutacija. To po pravilu zahtijeva nekoliko uzastopnih mutacija ili umetanje novih genskih sistema od onih koji već postoje u drugim vrstama mikroorganizama. Na primjer, za razgradnju stabilnog halogeniranog organskog spoja potrebna je genetska informacija koja se nalazi u stanicama različitih mikroorganizama. U prirodi se ova razmjena informacija odvija zbog horizontalnog transfera gena, a u laboratorijama se koriste metode DNK tehnologije preuzete iz prirode.

Dalji razvoj fito- i bioremedijacije je složen problem vezan, posebno, uz korištenje biljaka i mikroorganizama iz rizosfere. Biljke će uspješno izvlačiti teške metale iz tla, a bakterije iz rizosfere će razgraditi organska jedinjenja, povećavajući efikasnost fitoremedijacije, pospješujući rast biljaka, a biljke - razvoj mikroorganizama koji žive na njihovom korijenu.

Zagađenje životne sredine može se smatrati bolešću ekosistema, a bioremedijacija se može smatrati tretmanom. Treba ga smatrati i prevencijom brojnih ljudskih bolesti uzrokovanih zagađenjem životne sredine. U poređenju sa drugim metodama čišćenja, ovaj je mnogo jeftiniji. Uz difuzno zagađenje (pesticidi, nafta i naftni proizvodi, trinitrotoluen, koji je kontaminirao mnoga zemljišta), nema alternative. U čišćenju okoliša od zagađenja važno je pravilno odrediti prioritete, minimizirajući rizike povezane s ovim ili onim zagađenjem, te uzimajući u obzir svojstva određenog spoja i njegov učinak, prije svega, na zdravlje ljudi. Neophodni su zakonski akti i propisi koji regulišu unošenje GM mikroorganizama u životnu sredinu, sa kojima se polažu posebne nade za uklanjanje svih zagađivača. Za razliku od industrijske biotehnologije, gde je moguće strogo kontrolisati sve parametre tehnološkog procesa, bioremedijacija se sprovodi u otvorenom sistemu, gde je takva kontrola otežana. U određenoj mjeri, to je uvijek "know-how", neka vrsta umjetnosti.

Prednost mikroorganizama u prečišćavanju naftnih derivata u potpunosti se pokazala kada se, nakon katastrofe tankera, 5000 m 3 nafte izlilo u more kod obale Aljaske. Oko 1,5 hiljada km obale bilo je kontaminirano naftom. U mehaničkom čišćenju uključeno je 11.000 radnika i raznovrsna oprema (koštalo je milion dolara dnevno). Ali postojao je i drugi način: istovremeno je u tlo uvedena gnojidba dušikom kako bi se očistila obala, što je ubrzalo razvoj prirodnih mikrobnih zajednica. To je ubrzalo razgradnju ulja 3-5 puta. Kao rezultat toga, zagađenje, čije bi posljedice, prema proračunima, mogle utjecati i nakon 10 godina, potpuno je eliminirano za 2 godine, trošeći manje od milion dolara na bioremedijaciju.

Razvoj bioremedijacije, tehnologija i metoda njene primene zahtevaju interdisciplinarni pristup i saradnju stručnjaka iz oblasti genetike i molekularne biologije, ekologije i drugih disciplina. Dakle, područja primjene genetskog inženjeringa su vrlo raznolika i opsežna, a neka od njih su fantastična i istovremeno vrlo obećavajuća u smislu dostižnih rezultata.

Proučavanje reakcije živih organizama na promjene životne sredine izuzetno je važno za procjenu uticaja ovih promjena, posebno onih antropogenog porijekla, na biodiverzitet, čije je očuvanje najvažniji zadatak ljudske civilizacije.

Prema podacima Organizacije za ekonomsku saradnju i razvoj (OECD), potencijalno tržište za bioremedijaciju je više od 75 milijardi dolara.Ubrzano uvođenje biotehnologije za zaštitu životne sredine posledica je, posebno, činjenice da su mnogo jeftinije od drugih tretmana. tehnologije. Prema OECD-u, bioremedijacija je od lokalnog, regionalnog i globalnog značaja, a za prečišćavanje će se sve više koristiti i prirodni organizmi i GMO.

Biogoriva

S obzirom na ograničene rezerve fosilne energije, posebnu pažnju sada treba posvetiti mogućnostima korištenja novih vrsta goriva – metana, vodonika i dr., kao i obnovljivih izvora energije. Međutim, u općem energetskom bilansu, ekološki prihvatljivi izvori energije kao što su energija Sunca, morske struje, voda, vjetar itd., mogu činiti najviše 20% njihove ukupne proizvodnje. U ovoj situaciji, jedan od najperspektivnijih obnovljivih izvora energije je biomasa, čija se upotreba stalno poboljšava. Istovremeno, uz direktno sagorevanje, široko se koriste procesi biokonverzije, na primer alkoholna i anaerobna fermentacija, termička konverzija, gasifikacija, piroliza itd. koja se koristi kao aditiv za gorivo umesto uvoznog ulja. U istu svrhu započeta je i eksploatacija prirodnih šikara crne vinove loze, koje zauzimaju oko 6 miliona hektara u sjeveroistočnim krajevima zemlje.

Ako se u Indiji, Kini i nekim drugim zemljama poljoprivredni otpad koristi za dobivanje bioplina, onda se u Švedskoj, Njemačkoj, Brazilu, SAD-u, Kanadi poljoprivredne kulture posebno uzgajaju za proizvodnju etanolnog goriva. Efikasna zamena za fosilna goriva je repičino i repičino ulje, čiji se prolećni oblici mogu uzgajati u Rusiji do Arktičkog kruga. Soja, suncokret i druge kulture takođe mogu biti izvor biljnih ulja za proizvodnju biogoriva. Šećerna trska se sve više koristi za proizvodnju etanola za gorivo u Brazilu, a kukuruz se koristi u Sjedinjenim Državama.

Koeficijent proizvodnje energije (odnos ukupnog energetskog ekvivalenta korisnih proizvoda prema svim troškovima energije za njegovu proizvodnju) je 1,3 za šećernu repu; krmne trave - 2,1; repica - 2,6; pšenična slama - 2,9. Istovremeno, korišćenjem 60 centnera pšenične slame kao sirovine sa svakog hektara, moguće je dobiti 10 hiljada m 3 generatorskog gasa, odnosno 57,1 GJ.

Zbog brzog iscrpljivanja prirodnih resursa nafte, gasa i uglja u mnogim zemljama, posebna pažnja se poklanja tzv. uljaricama - Euphorbia lathyris (euphorbia) i E.tirucallii iz porodice euphorbia (Kupharbiacea), koja sadrži lateksa, čiji je sastav terpena po svojim karakteristikama blizak visokokvalitetnom ulju. Istovremeno, prinos suhe materije ovih biljaka iznosi oko 20 t/ha, a prinos uljnog proizvoda u uslovima severne Kalifornije (tj. u zoni od 200-400 mm padavina godišnje) može dostići 65 barela sirovina po hektaru. Stoga je isplativije uzgajati biljne zamjene za fosilna goriva, jer se sa svakog hektara može dobiti više od 3.600 petrodolara, što će u zrnoj protuvrijednosti iznositi 460 centnera/ha, tj. 20 puta veći od prosječnog prinosa pšenice u Sjedinjenim Državama i Kanadi. Ako se prisjetimo poznatog američkog slogana "za svaki barel nafte postoji bušel žita", onda po današnjim cijenama nafte, plina i žitarica to znači razmjenu - 1 dolar zrna za oko 25 petrodolara. Naravno, bure ulja neće zamijeniti bušel žita u doslovnom smislu, a daleko od svake zone moći će se uzgajati ove vrste biljaka. Ali dobivanje alternativnih goriva kroz ciljano oplemenjivanje biljaka također pretvara tehnogenu i energetsku komponentu visokoproduktivnih agrofitocenoza u reproduktivan i ekološki prihvatljiv faktor za intenziviranje biljne proizvodnje, i, naravno, ovo je jedno od najbezbolnijih rješenja za takve države kao što je Ukrajina - da se biljke u velikim razmjerima koriste kao obnovljivi izvori, uključujući energiju (biodizel, maziva, itd.). Na primjer, proizvodnja ozime uljane repice već daje omjer potrošnje energije 1:5 i proizvodnje energije.

GMO i biodiverzitet

Temeljni momenat savremene faze uzgoja je jasno razumijevanje da je osnova za njegov razvoj, uključujući i korištenje tehnika genetskog inženjeringa, biodiverzitet.

Evolucija biljnog carstva išla je putem povećanja broja vrsta i njihove „ekološke specijalizacije“. Ova činjenica ukazuje na opasnost od smanjenja biološke (genetske) raznolikosti u biosferi općenito, a posebno u agroekosistemima. Naglo smanjenje vrste i genetske raznolikosti smanjilo je ne samo otpornost biljne proizvodnje na vremenske i klimatske promjene, već i sposobnost efikasnijeg korištenja sunčeve energije i drugih neiscrpnih resursa prirodnog okruženja (ugljik, kisik, vodonik, dušik i drugi biofilni elementi), koji, kao što je poznato, čine 90-95% suhe tvari fitomase. Osim toga, to dovodi do nestanka gena i kombinacija gena koje bi se mogle koristiti u oplemenjivačkom radu budućnosti.

Jedno te isto područje, naglašavao je Charles Darwin (1859), može pružiti više života, što su raznovrsniji oblici koji ga naseljavaju. Svaku kultivisanu biljnu vrstu, u vezi sa svojom evolucionom istorijom i specifičnim radom oplemenjivača, karakteriše sopstveni „agroekološki pasoš“, tj. ograničenje veličine i kvaliteta usjeva na određenu kombinaciju temperature, vlažnosti, osvjetljenja, sadržaja mineralnih elemenata za ishranu, kao i njihovu neravnomjernu distribuciju u vremenu i prostoru. Dakle, smanjenje biološke raznovrsnosti u poljoprivrednim predelima smanjuje, između ostalog, mogućnost diferenciranog korišćenja prirodnih resursa, a samim tim i sprovođenje diferencijalne zemljišne rente I i II vrste. Istovremeno, ekološka stabilnost agroekosistema je oslabljena, posebno u nepovoljnim zemljišnim, klimatskim i vremenskim uslovima.

Poznati su razmjeri katastrofe uzrokovane porazom krompira od plamenjače i nematode, katastrofalnog gubitka pšenice zbog poraza rđe, kukuruza zbog epifitoze helmintosporioze, uništenja nasada trske virusima itd. .

O oštrom smanjenju genetske raznolikosti biljnih vrsta koje se uzgajaju početkom XXI vijeka jasno svjedoči činjenica da je od 250 hiljada vrsta cvjetnica u posljednjih 10 hiljada godina čovjek uveo u kulturu 5-7 hiljada vrsta, od kojih samo 20 useva (od toga 14 žitarica i mahunarki) čine osnovu savremene ishrane svetskog stanovništva. Generalno, do danas se oko 60% prehrambenih proizvoda proizvodi uzgojem nekoliko žitarica, a preko 90% ljudskih potreba za hranom obezbjeđuje 15 vrsta poljoprivrednih biljaka i 8 domaćih životinjskih vrsta. Dakle, od 1940 miliona tona proizvodnje žitarica, skoro 98% otpada na pšenicu (589 miliona tona), pirinač (563 miliona tona), kukuruz (604 miliona tona) i ječam (138 miliona tona). Od 22 poznate vrste riže (rod Oryza), samo dvije se široko uzgajaju (Oryza glaberrima i O.sativa). Slična situacija se razvila i sa mahunarkama, od kojih je bruto proizvodnja 25 najvažnijih vrsta samo oko 200 miliona tona, a najviše su soja i kikiriki, koji se uzgajaju uglavnom kao uljarice. Iz tog razloga, raznovrsnost organskih jedinjenja u ljudskoj ishrani značajno je smanjena. Može se pretpostaviti da je za Homo sapiensa, kao jednu od bioloških vrsta, u evolutivnom „pamćenju“ zabilježena potreba za visokom biohemijskom varijabilnosti hrane. Stoga, trend rasta njegove ujednačenosti može imati najnegativnije posljedice po zdravlje. Zbog širokog rasprostranjenja onkoloških bolesti, ateroskleroze, depresije i drugih bolesti, skreće se pažnja na nedostatak vitamina, tonizujućih supstanci, polinezasićenih masti i drugih biološki vrijednih supstanci.

Očigledno je da je opseg njegove upotrebe važan faktor u širenju određene vrijedne kulture. Dakle, brzi porast površine soje i kukuruza u Sjedinjenim Državama i drugim zemljama je posljedica proizvodnje stotina imena odgovarajućih proizvoda. Zadatak diverzifikacije vrlo je relevantan za druge usjeve (od sirka su, na primjer, počeli dobivati ​​visokokvalitetno pivo, od raži - viski itd.).

Povećanje površina pod usjevima tako vrijednih kultura kao što je heljda (Fagopyrum), koja ima visoke adaptivne sposobnosti u različitim, uključujući i nepovoljne uslove životne sredine, amarant (Amaranthus), zaslužuje veću pažnju u smislu rješavanja međusobno povezanih problema zdrave hrane i povećanja raznolikosti vrsta. agroekosistema, kvinoje (Chenopodium quinoa), uljane repice, gorušice, pa čak i krompira.

S razvojem geografskih otkrića i svjetske trgovine, uvođenje novih biljnih vrsta postalo je široko rasprostranjeno. Pisani spomenici svjedoče, na primjer, da je već 1500. godine pr. Egipatski faraon Hatšepsut poslao je brodove u istočnu Afriku da sakupe biljke koje se koriste u vjerskim obredima. U Japanu se nalazi spomenik Tajiju Mamoriju, koji je, po naredbi cara, otputovao u Kinu da sakuplja biljke citrusa. Posebnu ulogu u mobilizaciji biljnih genetičkih resursa odigrao je razvoj poljoprivrede. Iz istorije Sjedinjenih Država poznato je da je već 1897. Niels Hansen stigao u Sibir u potrazi za lucernom i drugim krmnim biljkama koje su sposobne da uspešno rastu u sušnim i hladnim uslovima severnoameričkih prerija. Vjeruje se da su upravo iz Rusije u tom periodu u Sjedinjene Države unesene tako važne krmne kulture kao što su vatra, svinje, vijuk, jež, bijeli bent, lucerka, djetelina i mnoge druge. Otprilike u isto vrijeme, Mark Carleton je sakupljao sorte pšenice u Rusiji, od kojih je sorta Kharkov dugo vremena zauzimala više od 21 milion hektara godišnje u Sjedinjenim Državama i postala osnova za proizvodnju durum pšenice u Sjevernim ravnicama (Zhuchenko, 2004).

Uvođenje novih biljnih vrsta u kulturu nastavlja se i sada. U peruanskim Andima pronađena je sorta lupine (tarvi), koju su jeli preci modernih Indijanaca, koja po sadržaju proteina nadmašuje čak i soju. Osim toga, tarvi je otporan na niske temperature, nezahtjevan za plodnost tla. Uzgajivači su uspjeli dobiti tarvi forme koje sadrže manje od 0,025% alkaloida naspram 3,3% u početnom materijalu. Gospodarske vrste također uključuju australsku biljku (Echinochloa lurnerana), koja može biti odlična kultura nalik prosu za vrlo sušna područja. Među perspektivnim kulturama pažnju zaslužuje vrsta Bauhinia esculenta, koja, kao i Psophocarpus tetragonolobus, formira gomolje, a njezino sjeme sadrži više od 30% proteina i masti. U veoma sušnim uslovima može se koristiti vrsta Voandzeia subterranea, koja nije samo bogata proteinima, već je otpornija na sušu od kikirikija, a takođe i bolje odolijeva bolestima i štetočinama. Za sušna i neplodna uljarica perspektivnom se smatra Cucurbita foetidissima iz porodice Cucurbitaceae, a za zaslanjene pašnjake neke vrste iz roda Atriplex iz porodice Chenopodiaceae, koje luče višak soli kroz lišće.

Trenutno je u mnogim zemljama svijeta u toku aktivan selekcioni rad s amarantom (Amaranthus), zaboravljenom kulturom Inka, čije sjeme, u poređenju sa korišćenim biljnim vrstama klasova žitarica, sadrži dvostruko više proteina, uključujući 2-3 puta više lizina i metionina, 2-4 puta više masti itd. Utvrđene su linije kukuruza koje zbog prisustva bakterije Spirillum lipoferum na svom korijenu fiksiraju atmosferski dušik u istoj količini kao i biljke soje. Utvrđeno je da bakterije koje fiksiraju dušik također funkcioniraju na korijenu brojnih vrsta tropskih trava, asimilirajući dušik ništa manje aktivno od bakterija roda Rhizobium u mahunarkama. Tako je bilo moguće pronaći vrste tropskih trava koje mogu fiksirati do 1,7 kg dušika dnevno po hektaru, tj. 620 kg/god.

U mnogim zemljama, uključujući i Evropu, krompir je glavni izvor vitamina C, jer se konzumira u velikim količinama. Poznato je da je proizvodnja krompira u svijetu oko 300 miliona tona.

Istovremeno, od 154 poznate vrste krompira, samo je jedna, Solanum tuberosum, bila sveprisutna. Očigledno, u vezi sa povećanim mogućnostima uzgoja za povećanje potencijalne produktivnosti biljaka, kao i potrebom za povećanjem ekološke stabilnosti agrocenoza i razvojem područja malo korisnih za uzgoj biljaka, razmjere ljudske aktivnosti za uvođenje novih biljnih vrsta u kulturu značajno će se povećati. U konačnici, „nesvjesno“ (Darwinov termin) i svjesna selekcija doveli su do toga da se adaptivni potencijal kultivisanih biljaka značajno razlikuje od potencijala njihovih divljih predaka, ne samo zbog razlika u samim kriterijima prilagodljivosti, već i u svojim glavnim komponentama. : potencijalna produktivnost, otpornost na abiotičke i biotičke stresove, sadržaj ekonomski vrijednih supstanci.

Uz očuvanje biljnog genofonda u rezervatima, rezervatima za divlje životinje i nacionalnim eko-parkovima, tj. in situ, stvaranje “banke gena” ili “banke germplazme” kako bi se osiguralo sigurno očuvanje ex situ kolekcija imaće sve važniju ulogu u narednom periodu. Inicijator organizacije potonjeg bio je N.I. Vavilov, koji je u VIR-u sakupio najveću banku biljnih resursa na svijetu u to vrijeme, koja je služila kao primjer i osnova za sve naredne banke, a što je najvažnije, više puta je spasila brojne zemlje od razaranja i gladi (npr. na primjer, zahvaljujući prisutnosti gena otpornosti u VIR banci gena).

Zahvaljujući nastavku ideologije N.I. Vavilov, do kraja 90-ih, domaće i međunarodne biljne kolekcije brojale su preko 6 miliona uzoraka, uključujući više od 1,2 miliona žitarica, 400 hiljada prehrambenih mahunarki, 215 hiljada stočne hrane, 140 hiljada povrća, preko 70 hiljada korenastih useva. Istovremeno, 32% uzoraka se čuva u Evropi, 25% - u Aziji, 12% - u Severnoj Americi, po 10% - u Latinskoj Americi i međunarodnim centrima, 6% - u Africi, 5% - u Srednji istok.

Nosioci najvećih po količini i kvalitetu uzoraka genetskih kolekcija su Sjedinjene Američke Države (550 hiljada), Kina (440 hiljada), Indija (345 hiljada) i Rusija (320 hiljada). Uporedo sa očuvanjem biljnih resursa u genskim bankama, sve je rasprostranjenije stvaranje prirodnih rezervata flore i faune. Zbog dramatično povećane integracije svjetskog tržišta hrane, značajno se povećala i razmjena biljnih genetičkih resursa između zemalja. U središtu ovih procesa je shvaćanje da nijedna zemlja ili regija nije samodovoljna u smislu obezbjeđenja genetskih resursa. Stvaranje nacionalnih botaničkih vrtova u nizu zemalja doprinijelo je mobilizaciji genetskih resursa. Među njima je, na primjer, botanička bašta, nastala u Londonu 1760. godine i koja neprestano uvozi egzotične biljne vrste iz kolonijalnih zemalja.

Trenutno, Međunarodni savjet za biljne genetičke resurse (IBPGR) koordinira rad na očuvanju biljnog genofonda u svijetu. Od 1980. godine implementira se Evropski program za saradnju u oblasti genetičkih resursa. Važnu ulogu u tome ima i FAO Komisija za biljne genetičke resurse, odluke međunarodnih konferencija, usvojene 1992. godine, Konvencija o biološkoj raznolikosti. Istovremeno funkcionišu banke gena različitih tipova. Neki od njih podržavaju samo jednu kulturu i njene divlje srodnike, drugi - nekoliko usjeva određene zemljišne i klimatske zone; dok neke sadrže osnovne kolekcije za dugotrajno skladištenje, dok su druge usmjerene na zadovoljavanje potreba selekcijskih centara i istraživačkih institucija. Dakle, u banci gena u Kew Gardens-u (Engleska) pohranjene su samo divlje biljke (oko 5000 vrsta).

Adaptivna strategija intenziviranja poljoprivrede postavlja kvalitativno nove zahtjeve za mobilizaciju svjetskih biljnih resursa u smislu sakupljanja, skladištenja i korištenja genofonda, uključujući uvođenje novih biljnih vrsta u kulturu. Trenutno je više od 25 hiljada vrsta viših biljaka pod prijetnjom potpunog uništenja u svijetu, uključujući i Evropu - svaka treća od 11,5 hiljada vrsta. Mnogi primitivni oblici pšenice, ječma, raži, sočiva i drugih usjeva su zauvijek izgubljeni. Posebno brzo nestaju lokalne sorte i korovske vrste. Dakle, ako u Kini i Indiji ranih 50-ih. XX vijek korišćene su hiljade sorti pšenice, tada već 70-ih godina - samo desetine. Istovremeno, svaka vrsta, ekotip i lokalni kultivar je jedinstveni kompleks koadaptiranih genskih blokova nastalih tokom dugotrajne prirodne ili umjetne selekcije, koji u konačnici osiguravaju najefikasnije korištenje prirodnih i antropogenih resursa u određenoj ekološkoj niši.

Razumijevanje retrospektivne prirode evolucijskog "pamćenja" viših biljaka jasno ukazuje na potrebu očuvanja specijskog diverziteta flore ne samo u bankama gena i centrima genetskih resursa, već iu prirodnim uslovima, tj. u stanju dinamičkog sistema koji se stalno razvija. Istovremeno, stvaranje genetskih kolekcija genetskih sistema za transformaciju genetskih informacija, uključujući res-sisteme, mei-mutante, gametocidne gene, poliploidne strukture, različite vrste rekombinacionih sistema, sisteme reproduktivne izolacije, itd., zaslužuje mnogo više pažnje. Jasno je da oni mogu biti od suštinskog značaja za razvoj oplemenjivanja budućnosti korišćenjem tehnologija genetskog inženjeringa. Također je važno identificirati i očuvati genetske determinante formiranja stabilnih homeostatskih sistema, sinergijskih, kumulativnih, kompenzacijskih i drugih koenotičkih reakcija koje obezbjeđuju ekološko „puferovanje“ i dinamičku ravnotežu biocenotske sredine. Više pažnje zaslužuju i genetski uvjetovane osobine biljaka kao što su kompetitivnost, alelopatske i simbiotske interakcije, te drugi okolišno-formirajući efekti ostvareni na biocenotičkom nivou. Posebnu pažnju treba obratiti na biljne vrste sa konstitutivnom otpornošću na stresne faktore iz okoline. Poznato je da je u drugoj polovini XX veka. u nizu zemalja površine pod ovom vrstom usjeva su značajno povećane (ponekad i 60-80 puta).

Trenutno u svijetu djeluje preko 1.460 nacionalnih banaka gena, uključujući oko 300 velikih, u kojima je, u ex situ uvjetima, osigurano zagarantovano skladištenje uzoraka gajenih biljaka i njihovih divljih srodnika. Ex situ zbirke čuvaju i botaničke bašte kojih u svijetu ima oko 2 hiljade (oko 80 hiljada biljnih vrsta, 4 miliona uzoraka i 600 banaka sjemena). Njihovo prisustvo je znak nacionalnog suvereniteta, nivoa kulture, brige za budućnost zemlje i svijeta. Do 2002. godine u međunarodnim centrima pod kontrolom FDO savjetodavne grupe sačuvano je više od 532 tisuće biljnih primjeraka, od kojih 73% pripada tradicionalnim i domaćim sortama, kao i divljim srodnicima kultiviranih biljaka. Kao što je primetio Dleksanyan (2003), treba razlikovati koncept “genebanke” i “ex silu kolekcije”. Ako je prvo zagarantovano skladištenje genofonda u posebno opremljenim prostorijama, onda "ex situ kolekcije" obuhvataju uzorke koji su od interesa za njihove nosioce.

Početkom 50-ih. XX vijeku, prva polupatuljasta sorta pirinča dobijena je korištenjem patuljastog gena kineske sorte Fee-geo-woo, a sorta pšenice Gaines na navodnjavanim zemljištima pacifičkog sjeverozapada Sjedinjenih Država dala je rekordnu žetvu od 141. kg / ha. Godine 1966. stvorena je sorta IR 8, koja je dobila nadimak "čudotvorni pirinač". Uz visoku poljoprivrednu tehnologiju, ove sorte su davale 80, pa čak i 130 c/ha. Slični rezultati su dobijeni i sa prosom. Dok su stare sorte imale indeks prinosa od 30-40%, nove su imale 50-60% i više.

Dalje mogućnosti povećanja prinosa povećanjem indeksa prinosa su ograničene. Stoga, mnogo više pažnje treba posvetiti povećanju količine neto fotosinteze. Neophodno je usmjeriti se na široku vrstu i sortnu heterogenost agroekosistema i poljoprivrednih krajolika u uslovima ratarske proizvodnje, uz izbor osiguravajućih usjeva, kao i usjeva i sorti međusobno osiguranih, uključuje diferenciran pristup implementaciji adaptivnog potencijala svakog od njih. Visoka potencijalna produktivnost sorte i agroekosistema, postignuta (a ponekad) smanjenjem njihove ekološke otpornosti na faktore okoline koji ograničavaju veličinu i kvalitet usjeva, kao i funkcionisanje ekološke održivosti koja prekomjerno troši bioenergiju, ne može se smatrati kao adaptivan, jer je za kultivisane biljke glavni pokazatelj prilagodljivosti u konačnoj analizi obezbeđivanje visoke vrednosti i kvaliteta useva. Genetski fondovi akumulirani u genskim bankama mogu biti izvor za naučno utemeljeno oplemenjivanje za stvaranje potrebnih sorti.

Treba naglasiti da su u svjetskim genskim bankama kultivisanih biljaka prikupljeni milioni akcesija, međutim, do sada je samo 1% njih proučavano u odnosu na njihova potencijalna svojstva (Zhuchenko, 2004). Istovremeno, kontrola i unapređenje njihove genetske komponente – genofonda poljoprivrednih vrsta, koja određuje karakteristike lokalnih agrosistema – je od najveće važnosti za stvaranje održivih poljoprivrednih sistema.