Traitement de la polyarthrite rhumatoïde par des médicaments antirhumatismaux de base (ARMM)

Dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde, des médicaments sont utilisés pour ralentir la progression de l'érosion articulaire. Il s'agit de médicaments antirhumatismaux modificateurs de la maladie (DMP) de base, qui constituent une composante importante du programme de traitement global. Quels sont ces médicaments et comment agissent-ils ?

Les médicaments modificateurs de la maladie agissent sur le système immunitaire, ralentissant la progression de la polyarthrite rhumatoïde, d'où leur nom. Il existe de nombreux médicaments différents qui entrent dans la catégorie des DMARD, mais certains des plus couramment utilisés sont :

Rheumatex (Méthotrexate)- le principal médicament de la catégorie des BPRP. Il agit de la même manière que les autres médicaments et est plus efficace dans de nombreux cas. Il est également relativement peu coûteux et surtout sûr. Comme les autres AOP, le méthotrexate a un certain nombre d'effets secondaires : il peut provoquer des maux d'estomac, il peut être toxique pour le foie ou la moelle osseuse et il peut affecter la grossesse. En de rares occasions, il provoque des difficultés respiratoires. Une bonne circulation est essentielle lors de la prise de méthotrexate. L'utilisation concomitante d'acide folique peut réduire certains des effets secondaires. L'avantage le plus important du méthotrexate est qu'il peut être utilisé sur une longue période. Le médicament peut également être administré aux enfants.

Agents biologiques : Enbrel (étanercet), Humira (adalimumab), Kineret (anakinra), Orentia (abatacet), Remikad (infliximab) et Rituxan (rituximab). Ce sont les derniers médicaments pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde, administrés par voie sous-cutanée ou intraveineuse. Ils neutralisent l'activité du système immunitaire qui endommage les articulations. Lorsqu'ils sont combinés au méthotrexate, ces médicaments aident la plupart des gens à surmonter les symptômes de la polyarthrite rhumatoïde. Des études ont montré que ces médicaments ont moins d'effets secondaires que les autres AOP. L'une des complications est une susceptibilité accrue aux maladies infectieuses aiguës. Ces médicaments peuvent avoir des effets néfastes sur les maladies du foie et du sang et doivent être utilisés avec prudence en cas de troubles cardiaques chroniques. D'autres effets secondaires possibles peuvent n'apparaître qu'après une utilisation prolongée des médicaments.

Plaquenil (hydroxychloroquine) et Azulfidine(sulfasaline ) utilisé pour la polyarthrite rhumatoïde modérée. Ils ne sont pas aussi puissants que les autres AOP, mais ils ont moins d'effets secondaires. Dans de rares cas, Plaquenil a un effet négatif sur les yeux. Les patients prenant ce médicament doivent être examinés par un ophtalmologiste chaque année.

Minocine (Minocycline)- un antibiotique qui peut arrêter le processus inflammatoire dans la PR. Son effet apparaît après quelques mois. Dans d'autres cas, il faut un an pour que la gamme complète des effets secondaires apparaissent. En cas d'utilisation prolongée, la minocycline peut provoquer une pigmentation de la peau.

Arava (léflunomide) agit comme le méthotrexate et est plus efficace en combinaison avec lui. Les médicaments ont des effets indésirables similaires. Arava peut provoquer des diarrhées, auquel cas il doit être arrêté. Comme Arava a un effet négatif sur le fœtus, il est contre-indiqué chez les femmes pendant la grossesse.

Néoral (azathioprine) il est utilisé pour diverses maladies accompagnées d'inflammation, y compris la polyarthrite rhumatoïde. Cependant, en raison de son effet négatif sur la fonction rénale et d'autres effets secondaires, il est généralement utilisé pour traiter les exacerbations de la polyarthrite rhumatoïde si d'autres médicaments sont inefficaces.

Imunar (azathioprine) utilisé pour diverses affections inflammatoires, y compris la polyarthrite rhumatoïde. Les effets secondaires les plus courants sont des nausées et des vomissements, parfois des maux d'estomac et de la diarrhée. L'utilisation à long terme de l'azathioprine augmente la probabilité de développer un cancer.

Les ARMM ralentissent la progression de la polyarthrite rhumatoïde et aident de nombreuses personnes à améliorer leur qualité de vie. Dans certains cas, une rémission peut survenir. Fondamentalement, les médicaments permettent de ralentir le taux de progression de la maladie.

L'utilisation d'un seul PDRP ou de leur combinaison peut prolonger l'évolution asymptomatique de la polyarthrite rhumatoïde et atténuer les manifestations aiguës de la maladie. Vos articulations auront besoin de moins de temps pour se balancer le matin. Lors de votre prochain contrôle, votre rhumatologue pourra vous aviser qu'il n'y a pas de nouvelles lésions sur vos dernières radiographies. En outre, l'utilisation régulière de BPRP réduit la probabilité d'un processus destructeur à long terme dans les articulations.

Les BPRP sont-ils sûrs ? Tous les AOP sont approuvés par la Food and Drug Administration (États-Unis). De nombreuses personnes prennent ces médicaments sans aucun effet secondaire.

Cependant, en agissant sur les symptômes de la polyarthrite rhumatoïde, les PDBM affectent l'ensemble du corps, et leur action puissante a tendance à provoquer certains effets secondaires. Il existe les effets secondaires typiques suivants du PDBM :

Maux d'estomac. Les ARMM provoquent souvent des nausées, parfois des vomissements et de la diarrhée. Ces symptômes peuvent être traités avec d'autres médicaments. Les complications disparaissent également à mesure que votre corps s'habitue au médicament. Si vos symptômes sont inconfortables, votre rhumatologue vous prescrira un autre remède.

Dysfonctionnement hépatique. Cette complication est moins fréquente que l'indigestion. Vous aurez besoin d'avoir des analyses de sang régulières pour vérifier les dommages au foie.

Maladie du sang. Les ARMM peuvent provoquer des dysfonctionnements du système immunitaire et augmenter le risque de maladies infectieuses. Il peut également diminuer le niveau de globules blancs qui protègent le corps contre les infections. Un faible nombre de globules rouges (anémie) augmente la fatigue. Un simple test effectué régulièrement vous aidera à contrôler vos globules rouges.

Date de publication de l'article : 08.08.2016

Date de mise à jour de l'article : 28.01.

L'arthrite est le nom général d'un groupe de maladies articulaires de nature inflammatoire d'origines diverses. L'inflammation d'une ou de plusieurs articulations en même temps peut être à la fois une maladie indépendante et une manifestation d'une pathologie systémique du corps.

Qu'est-ce que l'arthrite au sens le plus simple? En termes simples, il s'agit d'une inflammation du cartilage, de la membrane synoviale, de la capsule, du liquide articulaire et d'autres éléments de l'articulation.

Il existe plus de 10 types d'arthrite (plus d'informations à leur sujet - plus loin dans l'article). Le mécanisme de développement de différents types de la maladie est presque le même, à l'exception de quelques nuances.

La pathologie affecte négativement la qualité de vie du patient, ses principaux symptômes: syndrome douloureux, gonflement et rougeur de la zone touchée, augmentation locale de la température, limitation des mouvements, déformation des articulations. Il devient difficile pour une personne d'effectuer des activités quotidiennes, et en cas d'évolution sévère de la maladie, même des mouvements élémentaires. L'arthrite chronique de longue durée conduit souvent à une immobilisation partielle ou complète avec l'inscription d'un groupe de handicap.

Tout type d'arthrite est traitable(certains types sont traités mieux et plus facilement, d'autres sont pires), surtout à l'heure actuelle (l'article a été écrit en 2016), où de nombreuses méthodes de traitement ont été développées et appliquées avec succès qui vous permettent de lutter efficacement non seulement contre les symptômes du maladie, mais aussi ses causes et ses effets.

L'arthrite peut être traitée par des médecins des trois spécialités suivantes : rhumatologue, arthrologue, orthopédiste traumatologue. Si l'inflammation des articulations s'est développée dans le contexte de la tuberculose, de la syphilis, de la brucellose ou d'une autre infection, l'accent est mis sur le traitement de la maladie sous-jacente, qui est traitée respectivement par un phthisiatre, un spécialiste des maladies infectieuses ou un dermatologue. -vénéréologue.

Ci-dessous, je décrirai en détail les types, les causes et les symptômes de l'arthrite, je parlerai des méthodes de diagnostic modernes et des méthodes de traitement de la maladie.

Types d'arthrite

Classement de l'arthrite par catégorie	Types
Arthrite inflammatoire	Psoriasique
	Rhumatismal
	rhumatoïde
	Réactif
	Infectieux
	Tuberculeux
Arthrite dégénérative	Traumatique
	Arthrose
Prise en compte de la cause et du mécanisme de développement	Primaire - spondylarthrite ankylosante, maladie de Still, pseudogoutte, rhumatisme, psoriasique, septique, arthrite juvénile, divers types d'arthrite infectieuse spécifique (virale, dysenterie ou gonorrhée).
	Secondaire - surviennent dans le contexte d'une pathologie sous-jacente, par exemple une tumeur maligne, une ostéomyélite, des maladies auto-immunes, une sarcoïdose, une hépatite, une borréliose, certaines maladies du sang, des poumons ou du tractus gastro-intestinal.
Par le nombre d'articulations touchées	Monoarthrite - inflammation isolée d'une seule articulation, généralement de grande taille
	Oligoarthrite - affection de pas plus de 3 articulations
	Polyarthrite - inflammation de 3 à 6 des grandes et des petites articulations en même temps

De par la nature des changements qui se produisent, l'arthrite est divisée en :

• inflammatoire, qui se caractérise par la présence d'inflammation,
• dégénérative, lorsqu'il y a d'abord une malnutrition du cartilage, une dystrophie, une modification de l'apparence de l'articulation touchée, suivie de sa déformation.

L'arthrite se présente sous des formes aiguës, subaiguës et chroniques. Pour une lésion inflammatoire, une évolution aiguë ou subaiguë est la plus caractéristique, pour une lésion dégénérative-dystrophique, chronique.

Un processus inflammatoire aigu est: de nature séreuse, séreuse-fibreuse, purulente.

L'inflammation la plus "inoffensive" avec la formation et l'accumulation de liquide séreux (transparent) dans le sac synovial se produit avec la synovite - inflammation de la membrane articulaire.

L'arthrite particulièrement sévère est purulente. Avec elle, l'inflammation affecte, en plus du sac articulaire, les tissus adjacents et du pus apparaît dans le liquide articulaire en raison de la reproduction active de micro-organismes pathogènes. Le développement d'un processus purulent entraîne la formation d'un phlegmon capsulaire (lorsqu'un processus purulent capture l'ensemble de l'articulation).

Causes de la maladie

Raisons courantes (principales)

• Hérédité;
• traumatisme;
• obésité;
• troubles métaboliques dans le corps;
• hypothermie fréquente;
• infections;
• répartition irrationnelle de l'activité physique : soit une position assise longue, soit une activité physique excessive ;
• infections bactériennes, virales ou fongiques aiguës;
• maladies du système nerveux;
• maladies auto-immunes.

Raisons supplémentaires

• Chirurgie des articulations,
• âge avancé,
• accouchement,
• immunité affaiblie
• vaccination,
• allergie,
• avortements multiples,
• mauvaise alimentation,
• situation écologique défavorable,
• manque de minéraux et de vitamines.

Une mauvaise alimentation est la principale cause de l'arthrite goutteuse

Causes de certains types d'arthrite

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Types d'arthrite	Causes
Traumatique	Blessures aux éléments de l'articulation : contusions, fractures des os à articuler, lacérations au niveau de la zone articulaire, etc.
Vibrant	Un stress excessif régulier sur les articulations, les obligeant à effectuer des mouvements sous forte charge
Réactif	Diverses infections causées par ureaplasma, chlamydia, mycoplasma, bacille dysentérique, clostridia, salmonelle, virus de la grippe, etc.
rhumatoïde	Pas exactement établi, mais la probabilité de l'influence de l'hérédité est élevée ; maladies auto-immunes; virus de l'herpès (virus d'Epstein-Barr, herpès simplex, cytomégalovirus); hépatovirus, rétrovirus
Psoriasique	Infections
	Mécanismes génétiques et auto-immuns
Arthrose	Nutrition insuffisante du cartilage en raison de troubles métaboliques dans le corps
	Dysplasies - malformations congénitales des éléments articulaires
	Maladies systémiques - sclérodermie, lupus, etc.
	Troubles hormonaux
	Inflammation spécifique et non spécifique des structures articulaires. Le premier - dans le contexte de la tuberculose, de la gonorrhée, de la dysenterie. La seconde - comme une défaite indépendante sans la participation d'agents pathogènes
	Défaite, destruction des articulations avec la maladie de Perthes, ostéochondrite
	L'hémophilie - un trouble héréditaire de la coagulation
Goutteux	Hérédité
	Violation du métabolisme des protéines dans le contexte de la malnutrition avec une consommation excessive d'aliments riches en substances spéciales - purines (maquereau, hareng, sardines, viande)
	Excès de poids corporel

Le développement de la polyarthrite rhumatoïde est affecté par la défaillance du système immunitaire. Pour une raison inconnue, des cellules spéciales du système immunitaire commencent à « attaquer » les propres tissus des articulations. En conséquence, une inflammation auto-immune commence, se poursuivant avec la croissance de tissus agressifs avec un développement semblable à une tumeur, en raison duquel les ligaments, les surfaces articulaires sont endommagés, le cartilage et les os sous-jacents sont détruits. Cela conduit au développement de la fibrose, de la sclérose, des érosions, en conséquence - des contractures, une subluxation, une immobilité persistante de l'articulation - une ankylose.

Symptômes typiques

Le principal symptôme de l'arthrite est la douleur dans une ou plusieurs articulations. Au début, ils sont faibles et n'affectent pratiquement pas la vie ordinaire d'une personne. Au fil du temps, le syndrome douloureux s'aggrave : la douleur devient de nature ondulée, s'intensifiant avec le mouvement, la nuit et plus près du matin. L'intensité de la douleur varie de légère à très forte, entravant considérablement tout mouvement.

Symptômes secondaires :

• raideur matinale
• gonflement,
• rougeur de la peau,
• une augmentation de la température locale dans la zone d'inflammation,
• détérioration de l'activité motrice du patient,
• limitation de sa mobilité,
• la formation de déformations persistantes des articulations.

Selon le déroulement du processus, la limitation de la fonctionnalité des articulations touchées peut être à la fois légère et sévère, avec une éventuelle immobilisation complète du membre.

Examinons de plus près les symptômes de certains types d'arthrite.

Arthrite traumatique

Les lésions traumatiques des éléments articulaires s'accompagnent d'une réaction inflammatoire et, si des microbes pathogènes ont pénétré dans la cavité, une inflammation purulente du liquide articulaire et de la bourse séreuse, passant progressivement aux tissus articulaires voisins.

Symptômes de la polyarthrite rhumatoïde

Ce type d'arthrite se caractérise par des lésions symétriques des articulations du genou, du poignet, du coude, de la cheville, ainsi que de petites articulations des doigts et des orteils. L'inflammation des articulations de la hanche, de l'épaule et de la colonne vertébrale est moins fréquente, mais également possible.

Dans une évolution aiguë ou subaiguë de la maladie, une personne est dérangée par des douleurs aiguës dans les muscles et les articulations, une faiblesse sévère, de la fièvre, une raideur des petites articulations le matin.

Un processus lent chronique se produit avec une douleur légère, une augmentation progressive des modifications articulaires, qui ne s'accompagne généralement pas d'une limitation significative des fonctions des membres.

Progressivement, l'inflammation se propage aux muscles adjacents à l'articulation. En conséquence, leur inflammation focale se développe, la force musculaire et leur tonus diminuent, le patient ressent une faiblesse musculaire, une fatigue intense après un effort physique normal.

Un symptôme typique est l'apparition de nodules sous-cutanés de forme ronde d'un diamètre ne dépassant pas 2 cm.Ils peuvent également se former sur les valves du cœur et dans les poumons.

Ce type de maladie se caractérise par l'asymétrie de la défaite de 2 ou 3 articulations en même temps. De plus, d'abord, les petites articulations des orteils et des mains s'enflamment, puis les grandes - les genoux, les coudes, les épaules, etc.

Le développement de l'oligoarthrite (inflammation de pas plus de 3 articulations) s'accompagne d'une inflammation des membranes autour des tendons, d'une augmentation de la température de la zone enflammée et d'une rougeur de la peau, d'un gonflement et d'une douleur des articulations.

Le syndrome douloureux s'exprime au repos ou la nuit, les courbatures et courbatures matinales disparaissent au cours de la journée.

Diagnostique

L'établissement d'un diagnostic précis repose sur un ensemble de manifestations cliniques, les données d'un examen médical et les résultats des diagnostics de laboratoire confirmant la présence d'arthrite (les données de diagnostic aident également à déterminer le type, le stade et le degré d'activité du processus).

Lors de l'examen avec examen visuel et palpation des articulations gênantes, le médecin note un gonflement, une rougeur de la peau, chaude au toucher; avec une maladie négligée, il y a une déformation visible de l'articulation.

Le tableau ci-dessous répertorie les types spécifiques de tests à effectuer en cas de suspicion d'arthrite :

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Méthodes de diagnostic en laboratoire	Méthodes de diagnostic instrumentales
Test sanguin clinique	Radiographie de l'articulation en 2 projections
"Biochimie" du sang (indicateurs - acide urique, acides sialiques, fraction protéique, CRP, fibrine, haptoglobine, etc.)	La radiographie numérique à microfoyer est une image radiographique à grossissement direct, tandis que le système d'imagerie numérique fournit des images haute définition. La méthode vous permet de détecter des changements minimes dans les structures osseuses
Facteur rhumatoïde	Arthrographie - prise d'une radiographie après injection d'un agent de contraste dans la cavité articulaire
Antistreptolysine-O	Échographie des articulations touchées
Examen cytologique et microbiologique du liquide synovial	Scintigraphie - obtention d'une image bidimensionnelle de la zone pathologique après l'introduction d'un isotope radioactif dans le corps
Si nécessaire, une biopsie de la membrane articulaire est réalisée puis examinée	L'arthroscopie diagnostique est une méthode très informative d'examen des structures articulaires à l'aide d'un arthroscope avec une caméra vidéo miniature

Méthodes de traitement

Tout type d'arthrite a plusieurs stades de développement. Pour chacun, certaines méthodes de traitement sont sélectionnées: pour le premier et le deuxième, un traitement conservateur est suffisant, pour le troisième et en présence de complications, une intervention chirurgicale peut être nécessaire.

Le tableau montre un schéma thérapeutique général pour l'arthrite.

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Méthodes de traitement	Des détails
Thérapie médicamenteuse	Anti-inflammatoires non stéroïdiens par voie orale, intramusculaire et/ou intra-articulaire.
	Corticoïdes oraux et intra-articulaires.
Thérapie efférente	La cryoaphérèse est une technique médicale basée sur le traitement par le froid ou des produits chimiques spéciaux du plasma prélevé sur le patient. Ensuite, il est réinjecté au patient.
	La filtration en cascade du plasma (plasmaphérèse) est la purification du plasma des toxines, des anticorps, des hormones et d'autres substances, dont le niveau dans le corps est fortement augmenté.
Physiothérapie et massage (après la disparition du processus inflammatoire aigu)	Thérapie amplipulse, phonophorèse, électrophorèse, thérapie magnétique et laser, applications avec ozokérite et paraffine, UFO, UHF.
Physiothérapie	Les exercices de thérapie par l'exercice visent à prévenir les troubles fonctionnels et le développement de contractures.
Opération	Types : arthrotomie, excision de la membrane synoviale (synovectomie), arthrodèse, résection articulaire, arthroscopie médicale, chéilectomie. Lorsque l'articulation est détruite, une arthroplastie reconstructive ou une arthroplastie (prothèse articulaire) est indiquée.

Traitements de l'arthrite

Les méthodes de traitement des différents types d'arthrite sont très similaires, les différences ne concernent que certaines nuances spécifiques, par exemple :

• Avec l'arthrite spécifique, la maladie sous-jacente est traitée (avec la tuberculose, l'accent est mis sur les médicaments antituberculeux).
• Pour réduire l'activité du rhumatisme psoriasique, les méthodes ci-dessus sont complétées par une irradiation ultraviolette ou laser du sang, une hémosorption. Et de la physiothérapie, la thérapie PUVA est efficace, combinant l'ingestion d'un médicament photosensibilisant spécial avec une exposition externe aux rayons ultraviolets à ondes longues.

Résumé

Ce n'est qu'en suivant scrupuleusement les recommandations du médecin que vous pourrez vaincre l'arthrite. Le pronostic est généralement favorable, mais il dépend entièrement de l'opportunité de contacter un spécialiste et de mettre fin au traitement. Les techniques modernes permettent de corriger même la situation la plus négligée en effectuant une opération sur l'articulation.

Propriétaire et responsable du site et du contenu : Afinogenov Alexey.

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Beaucoup (mais pas tous) des médicaments de base utilisés dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde ont également une activité dans certaines autres maladies, vraisemblablement ou prouvées comme étant de nature auto-immune. Ces maladies comprennent : la colite ulcéreuse, la maladie de Crohn, le psoriasis, la glomérulonéphrite auto-immune, l'hépatite chronique active. Il est assez intéressant de noter que dans différentes maladies auto-immunes, différents médicaments parmi les médicaments "de base" aident, ce qui peut refléter la différence dans leur étiologie et leur pathogenèse. L'efficacité des médicaments de base dans la polyarthrite rhumatoïde et d'autres maladies auto-immunes est associée à leur activité anti-inflammatoire et immunosuppressive spécifique. Dans le même temps, les antirhumatismaux basiques, contrairement aux glucocorticoïdes et aux anti-inflammatoires non stéroïdiens, ne conviennent pas en tant qu'anti-inflammatoires "classiques" pour l'inflammation, dans la pathogenèse de laquelle certains mécanismes auto-immuns spécifiques ne sont pas impliqués. Ceux des médicaments de base qui ne sont pas de "vrais" immunosuppresseurs (tels que les médicaments de base méthotrexate, azathioprine ou cyclosporine) ne peuvent pas non plus être utilisés pour l'immunosuppression dans des conditions non associées à l'auto-immunité, par exemple, dans l'allotransplantation d'organes et de tissus. L'activité immunosuppressive de la salazopyridazine ou de la chloroquine est trop faible pour cela et, de plus, est spécifique de l'auto-immunité. Une propriété commune de tous les médicaments de base est un développement lent et progressif de l'effet, qui peut nécessiter plusieurs mois de traitement. Pour obtenir rapidement une amélioration symptomatique de la polyarthrite rhumatoïde et d'autres maladies auto-immunes, des glucocorticoïdes, des anti-inflammatoires non stéroïdiens, sont prescrits en attendant l'effet du traitement de base. En cas d'évolution sévère de la polyarthrite rhumatoïde ou, par exemple, de la maladie de Crohn, l'utilisation combinée de deux ou plusieurs médicaments de base de différents groupes, avec des mécanismes d'action différents, peut être nécessaire. Dans ce cas, il est très important de prendre en compte la possibilité d'augmenter la toxicité de la thérapie avec certaines combinaisons. Par exemple, l'association du méthotrexate avec la sulfasalazine ou la salazopyridazine entraîne une augmentation de la toxicité hématologique du méthotrexate, car les sulfamides, comme le méthotrexate, sont des inhibiteurs de la dihydrofolate réductase dans les cellules humaines, et pas seulement dans les bactéries. L'association du méthotrexate à la cyclosporine entraîne une augmentation du degré d'immunosuppression et, par conséquent, une augmentation du risque de complications infectieuses et néoplasiques du traitement. Classification Les médicaments antirhumatismaux de base sont divisés en plusieurs groupes : Médicaments immunosuppresseurs : Infliximab ("Remicade") Lévamisole ("Décaris") Léflunomide ("Arava") Mercaptopurine ("Puri-Netol") Cyclosporine (Sandimmun Néoral) Cyclophosphamide - rarement utilisé en raison de sa toxicité élevée Préparations d'or : Auranofin # ("Auropan", "Ridaura") Aurothiosulfate de sodium # ("Sanocrizine") Aurotioprol # ("Chrysanol") D-pénicillamine ("Cuprenil") Dérivés de l'acide 5-aminosalicylique : Dérivés 4-aminoquinoléine : Chloroquine (Delagil) Hydroxychloroquine (Plaquenil) Inhibiteurs des métalloprotéinases matricielles : # - pour 2015, le médicament n'est pas enregistré en Russie : image incorrecte ou manquante Il manque des informations dans cet article. L'information doit être vérifiable, sinon elle peut être remise en question et supprimée. .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 & action = modifier modifier] cet article en ajoutant des liens vers. Cette marque est fixée 29 septembre 2009. [[K : Wikipédia : articles sans sources (pays : Erreur Lua : callParserFunction : la fonction "#property" n'a pas été trouvée. )]] [[K : Wikipédia : articles sans sources (pays : Erreur Lua : callParserFunction : la fonction "#property" n'a pas été trouvée. )]]

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Remarques (modifier)

Extrait de caractérisation des antirhumatismaux de fond

Magdalena savait que pour exécuter l'ordre de Radomir, elle devait se sentir confiante, sereine et forte. Mais alors qu'elle ne vivait que, enfermée dans son chagrin le plus profond, et était follement seule...
Sans Radomir, sa vie est devenue vide, sans valeur et amère... Il vivait maintenant quelque part très loin, dans un monde inconnu et merveilleux, où son âme ne pouvait pas atteindre... Et il lui manquait tellement en tant qu'humain, en tant que femme ! .. Et personne, malheureusement, ne pouvait l'aider avec quoi que ce soit dans ce domaine.
Puis nous l'avons revu...
Magdalena était assise seule sur une haute falaise, complètement envahie par les fleurs sauvages, pressant ses genoux contre sa poitrine... Elle, comme c'est déjà devenu la coutume, vit le coucher du soleil - une autre journée normale vécue sans Radomir... Elle savait qu'il y aurait beaucoup plus de jours comme celui-ci ... beaucoup de. Et elle savait qu'elle devrait s'y habituer. Malgré toute l'amertume et le vide, Madeleine a bien compris qu'une longue et difficile vie l'attendait devant elle, et qu'elle devrait la vivre seule... Sans Radomir. Ce qu'elle n'a pas pu imaginer jusqu'à présent, parce qu'il vivait partout - dans chaque cellule d'elle, dans ses rêves et son éveil, dans chaque objet qu'il touchait autrefois. Il semblait que tout l'espace environnant était saturé de la présence de Radomir... Et même si elle le souhaitait, il n'y avait aucun salut pour cela.
La soirée a été calme, calme et chaleureuse. La nature renaissant après la chaleur du jour faisait rage avec les odeurs de prairies fleuries et d'aiguilles réchauffées ... Magdalena écoutait les sons monotones du monde forestier ordinaire - c'était étonnamment si simple et si calme! .. Gonflé par la chaleur estivale, les abeilles bourdonnaient bruyamment dans les buissons voisins. Même eux, travailleurs, préféraient s'éloigner des rayons brûlants de la journée, et maintenant ils absorbaient avec bonheur la fraîcheur vivifiante du soir. Sentant la bonté humaine, le petit oiseau coloré s'assit sans crainte sur l'épaule chaude de Magdalena et, en signe de gratitude, éclata en trilles argentés sonores... Mais Magdalene ne s'en aperçut pas. Elle reprit son envol dans le monde familier de ses rêves, dans lequel Radomir vivait encore...
Et elle se souvint encore de lui...
Son incroyable gentillesse... Sa soif exubérante de Vie... Son sourire affectueux éclatant et le regard perçant de ses yeux bleus... Et sa ferme confiance dans la justesse du chemin qu'il a choisi. Je me suis souvenu d'une personne merveilleuse et forte qui, étant tout à fait un enfant, subjuguait déjà des foules entières à lui-même! ..
Je me souvenais de son affection… La chaleur et la fidélité de son grand cœur… Tout cela ne vivait plus que dans sa mémoire, ne succombant pas au temps, ne disparaissant pas dans l'oubli. Tout a vécu et... fait mal. Parfois, il lui semblait même - juste un peu plus, et elle s'arrêtait de respirer ... Mais les jours passaient. Et la vie continuait encore. Elle était obligée par le DEVOIR laissé par Radomir. Par conséquent, autant qu'elle le pouvait, elle ne tenait pas compte de ses sentiments et de ses désirs.
Son fils, Svetodar, qui lui manquait follement, se trouvait dans la lointaine Espagne avec Radan. Madeleine le savait - c'était plus dur pour lui... Il était encore trop jeune pour accepter une telle perte. Mais elle savait aussi que même dans le chagrin le plus profond, il ne montrerait jamais sa faiblesse aux étrangers.
Il était le fils de Radomir...
Et cela l'obligeait à être fort.
Plusieurs mois passèrent à nouveau.
Et maintenant, petit à petit, comme cela arrive même avec la perte la plus terrible, Madeleine a commencé à revivre. Apparemment, le bon moment est venu de revenir aux vivants...

Après avoir choisi le petit Montségur, qui était le château le plus magique de la vallée (car il se trouvait au "point de transition" vers d'autres mondes), Madeleine et sa fille ont rapidement commencé à s'y installer lentement. Ils commencèrent à s'installer dans leur nouvelle maison encore inconnue...
Et, enfin, se souvenant du désir persistant de Radomir, Magdalena commença peu à peu à recruter ses premiers élèves... C'était probablement l'une des tâches les plus faciles, puisque chaque personne sur ce merveilleux morceau de terre était plus ou moins douée. Et presque tout le monde avait soif de connaissances. Ainsi, très vite, Madeleine compte déjà plusieurs centaines de disciples très assidus. Puis ce chiffre est devenu un millier ... Et très vite, toute la Vallée des Mages a été couverte par ses enseignements. Et elle a pris le plus de monde possible pour échapper à ses pensées amères, et était incroyablement heureuse de l'avidité des Occitaniens attirés par la Connaissance ! Elle le savait - Radomir en aurait été content du fond du cœur... et a recruté encore plus de candidats.
- Désolé, Sever, mais comment les mages étaient-ils d'accord avec ça ?! Après tout, gardent-ils si soigneusement leur Connaissance de tout le monde ? Comment Vladyka a-t-il permis cela ? Madeleine a enseigné à tout le monde, n'a pas choisi que des initiés, n'est-ce pas ?
- Vladyka n'a jamais été d'accord avec cela, Isidora ... Magdalena et Radomir sont allés contre sa volonté, révélant cette connaissance aux gens. Et je ne sais toujours pas lequel d'entre eux avait vraiment raison...

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Les maladies rhumatismales inflammatoires, dont les principales formes sont la polyarthrite rhumatoïde (PR), les maladies du tissu conjonctif diffuse (DBTD), les vascularites systémiques, les arthropathies séronégatives et microcristallines, font partie des formes les plus sévères de pathologie humaine chronique. La pharmacothérapie de ces maladies continue d'être l'un des problèmes les plus difficiles de la médecine clinique moderne.

L'étiologie de nombreuses maladies est inconnue, ce qui rend impossible la conduite d'une thérapie étiotrope efficace. Cependant, dans le décryptage de leur pathogenèse ces dernières années, il y a eu des progrès évidents, qui sont principalement dus à l'élargissement des connaissances sur les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du système immunitaire, les mécanismes de développement de la réponse immunitaire et de l'inflammation.

Actuellement, pour le traitement des maladies rhumatismales, un grand nombre de médicaments ayant des structures chimiques et des mécanismes d'action pharmacologiques différents sont utilisés, dont la propriété commune est de pouvoir supprimer le développement de l'inflammation. Il s'agit notamment des anti-inflammatoires non stéroïdiens, des glucocorticoïdes à activité anti-inflammatoire et des médicaments antirhumatismaux dits de base (sels d'or, antipaludiques, médicaments cytotoxiques, etc.), dont on pense qu'ils ont un effet plus profond sur le système immunitaire. et les processus inflammatoires sous-jacents aux maladies rhumatismales. De nouvelles approches de traitement basées sur l'utilisation de méthodes immunothérapeutiques sont en cours de développement intensif.

Dans notre pays, plusieurs monographies ont été publiées sur la pharmacothérapie des maladies rhumatismales (V.A.Nasonova, Ya. A. Sigidin. Pathogenetic therapy of rhumatismales, 1985; V.A. A. Sigidin, NG Guseva, MM Ivanova. Diffuse connective tissu diseases, 1994 ). Cependant, ces dernières années, une très grande quantité de nouvelles données cliniques et expérimentales sont apparues concernant les mécanismes d'action, les tactiques d'utilisation et l'efficacité à la fois des médicaments antirhumatismaux déjà connus et des nouveaux médicaments et méthodes de traitement.

Le livre présente systématiquement des informations modernes sur les médicaments anti-inflammatoires les plus importants, mais la tâche principale était de se familiariser avec les nouvelles tendances dans le développement de la pharmacothérapie des maladies rhumatismales inflammatoires.

Nous espérons que le livre sera utile aux praticiens dans le traitement des patients atteints de maladies rhumatismales et stimulera l'intérêt pour les aspects pharmacologiques de la rhumatologie parmi les spécialistes impliqués dans le développement de problèmes théoriques de médecine, les immunologistes, les biochimistes, les pharmacologues.

L'une des maladies rhumatismales les plus courantes et les plus graves est la PR, pour le traitement de laquelle tout l'arsenal de médicaments antirhumatismaux et de méthodes thérapeutiques est utilisé (V.A.Nasonova et M.G. Astapenko, 1989). C'est pourquoi des classifications des antirhumatismaux se développent en fonction de leur place dans le traitement de la PR.

Sur la base des différences de propriétés pharmacologiques, les médicaments antirhumatismaux sont classés comme analgésiques anti-inflammatoires (AINS); les glucocorticoïdes anti-inflammatoires (GC), les agents immunomodulateurs/immunosuppresseurs (sels d'or, antipaludéens, cytotoxiques, etc.). Selon une autre classification, les AINS sont considérés comme symptomatiques, n'affectant pas les mécanismes de développement de la maladie, contrairement aux médicaments antirhumatismaux modificateurs de la maladie ou à action lente, dont on pense qu'ils affectent l'étiopathogénie de la maladie.

Pour classer les médicaments antirhumatismaux, une approche a également été utilisée qui prend en compte, tout d'abord, leur toxicité, selon laquelle ils sont subdivisés en médicaments de première, deuxième et troisième ligne. Il a été proposé de classer les antirhumatismaux en fonction de la rapidité d'apparition de l'effet thérapeutique et de sa durée après l'arrêt du traitement. Les AINS et les GC, contrairement aux antirhumatismaux modificateurs de la maladie/à action lente, montrent leur effet très rapidement (en quelques heures ou quelques jours). De plus, il a été supposé que si, après le retrait des AINS et des GC, l'exacerbation se développe assez rapidement, l'effet des médicaments antirhumatismaux à action lente persiste plus longtemps.

Cependant, il est maintenant devenu évident que les classifications traditionnelles ne répondent pas aux exigences modernes en termes à la fois de terminologie et de subdivision en catégories pharmacologiques. En fait, seuls les AINS et l'AH sont relativement homogènes en termes d'activité pharmacologique et thérapeutique du groupe de médicaments.

Depuis 1991, sous l'égide de l'OMS et de la Ligue internationale contre les maladies rhumatismales, une nouvelle classification des médicaments antirhumatismaux a été créée (HE Paulus et al., 1992 ; JP Edmonds et al., 1993), selon laquelle ces médicaments sont divisé en deux grandes catégories :

I. Médicaments antirhumatismaux modificateurs des symptômes qui ont un effet positif sur les symptômes et les manifestations cliniques de la synovite inflammatoire :
1) anti-inflammatoires non stéroïdiens
2) glucocorticoïdes
3) médicaments à action lente : antipaludiques, sels d'or, antimétabolites, agents cytotoxiques
II. Médicaments antirhumatismaux contrôlant la maladie qui affectent l'évolution de la PR, qui doivent répondre aux exigences suivantes :
une. améliorer et maintenir la capacité fonctionnelle des articulations en combinaison avec une diminution de l'intensité de la synovite inflammatoire;
b. prévenir ou réduire considérablement le taux de progression des changements structurels dans les articulations.

Dans ce cas, les effets énumérés doivent se manifester pendant au moins 1 an à compter du début du traitement ; dans le processus de classification du médicament, la période doit être indiquée (au moins 2 ans) pendant laquelle son effet thérapeutique répond aux critères énumérés.

Cette classification se distingue des précédentes par une approche plus réaliste de l'évaluation de l'efficacité thérapeutique des médicaments dans la PR. Il est maintenant devenu évident que la propriété commune prouvée de tous les médicaments antirhumatismaux existants est la capacité de provoquer une amélioration clinique, tandis que leur capacité à influencer la progression et les résultats du processus rhumatoïde ne peut pas être considérée comme strictement prouvée. Par conséquent, aucun médicament antirhumatismal ne peut actuellement être classé comme « contrôle de la maladie ».

Cela n'exclut cependant pas la possibilité de transférer certains médicaments du premier groupe au second dans le cadre de recherches ultérieures. Cette position semble fondamentale, car elle doit contribuer à l'essor de la recherche pharmacologique et clinique en rhumatologie en termes d'élaboration de critères d'efficacité des traitements, ainsi qu'à la création de nouveaux antirhumatismaux plus efficaces ou de leurs combinaisons rationnelles.

E.L. Nasonov

Génie génétique et médicaments

Production microbiologique de médicaments

Avant l'avènement de la technologie de l'ADN recombinant, de nombreux médicaments à base de protéines humaines ne pouvaient être obtenus qu'en petites quantités, leur production était très coûteuse et le mécanisme d'action biologique n'était parfois pas bien compris. Avec l'aide de la nouvelle technologie, une gamme complète de ces médicaments est obtenue en quantités suffisantes à la fois pour leur test efficace et pour une utilisation en clinique. A ce jour, plus de 400 gènes (principalement sous forme d'ADNc) de diverses protéines humaines ont été clonés, qui peuvent devenir des médicaments. La plupart de ces gènes sont déjà exprimés dans les cellules hôtes, et leurs produits sont maintenant utilisés pour traiter diverses maladies humaines. Comme d'habitude, ils sont d'abord testés sur des animaux, puis suivis d'essais cliniques rigoureux. Le volume annuel du marché mondial des médicaments à base de protéines humaines est d'environ 150 milliards de dollars et ne cesse de croître. Le volume du marché mondial des médicaments à base de protéines recombinantes augmente de 12 à 14 % par an et s'élevait en 2000 à environ 20 milliards de dollars.

En revanche, l'utilisation d'anticorps spécifiques comme agents thérapeutiques est prometteuse. Ils sont utilisés pour neutraliser les toxines, combattre les bactéries, les virus et traiter le cancer. L'anticorps neutralise "l'intrus" - un agent étranger, ou détruit une cellule cible spécifique. Malgré des opportunités prometteuses, les anticorps sont encore rarement utilisés pour prévenir et traiter les maladies. Et ce n'est qu'avec le développement de la technologie de l'ADN recombinant et le développement de méthodes de production d'anticorps monoclonaux et avec le déchiffrement de la structure moléculaire et de la fonction des immunoglobulines que l'intérêt commercial pour l'utilisation d'anticorps spécifiques pour le traitement de diverses maladies est réapparu.

Le développement de nouvelles méthodes de prévention et de traitement de nombreuses maladies humaines a grandement contribué à l'augmentation du bien-être humain au XXe siècle. Cependant, ce processus ne peut pas être considéré comme terminé. Les maladies dites « anciennes », par exemple le paludisme, la tuberculose, etc., peuvent se faire à nouveau sentir, dès que les mesures préventives sont affaiblies, ou que des souches résistantes apparaissent. Une situation typique à cet égard se trouve en Ukraine et en Russie.

Les premiers produits OGM sont des antibiotiques

Les antibiotiques comprennent des substances de faible poids moléculaire qui diffèrent par leur structure chimique. Ce que ces composés ont en commun, c'est qu'étant des produits de l'activité vitale des micro-organismes, à des concentrations négligeables, ils perturbent spécifiquement la croissance d'autres micro-organismes.

La plupart des antibiotiques sont des métabolites secondaires. Eux, comme les toxines et les alcaloïdes, ne peuvent être classés comme des substances strictement nécessaires à la croissance et au développement des micro-organismes. Sur cette base, les métabolites secondaires diffèrent des principaux, en présence desquels se produit la mort du micro-organisme.

La biosynthèse des antibiotiques, comme d'autres métabolites secondaires, se produit généralement dans les cellules qui ont cessé de croître (idiophase). Leur rôle biologique pour assurer l'activité vitale des cellules productrices n'est pas encore complètement étudié. Les experts qui étudient les perspectives de la biotechnologie dans le domaine de la production microbiologique d'antibiotiques estiment que dans des conditions défavorables, elles inhibent la croissance de micro-organismes concurrents, offrant ainsi des conditions plus favorables à la survie du microbe producteur de l'un ou l'autre antibiotique. L'importance du processus de production d'antibiotiques dans la vie d'une cellule microbienne est confirmée par le fait que chez les streptomycètes, environ 1% de l'ADN génomique est représenté par des gènes codant pour les enzymes de biosynthèse des antibiotiques, qui peuvent ne pas être exprimés pendant longtemps. Les producteurs d'antibiotiques connus sont principalement six genres de champignons filamenteux, trois genres d'actinomycètes (près de 4000 antibiotiques différents) et deux genres de vraies bactéries (environ 500 antibiotiques). Parmi les champignons filamenteux, une attention particulière doit être accordée aux moisissures des genres Cephalosporium et Penicillium, qui produisent les antibiotiques dits bêta-lactamines - pénicillines et céphalosporines. La plupart des actinomycètes qui synthétisent des substances antibiotiques, dont les tétracyclines, appartiennent au genre Streptomyces.

Sur les 5000-6000 substances antibiotiques naturelles connues, seulement 1000 environ sont produites pour la vente aux consommateurs.), la productivité de la souche de moisissure de laboratoire - 2 mg de la préparation pour 1 litre de liquide de culture - était clairement insuffisante pour la production industrielle de l'antibiotique. Impacts systématiques répétés sur la souche originale de Penicillium chrisogenum avec des mutagènes tels que les rayons X et l'irradiation ultraviolette, le gaz moutarde à l'azote en combinaison avec des mutations spontanées et la sélection des meilleurs producteurs, il a été possible d'augmenter la productivité du champignon de 10 000 fois et porter la concentration de pénicilline dans le liquide de culture à 2%.

Le moyen d'augmenter l'efficacité des souches productrices d'antibiotiques, basé sur des mutations aléatoires et qui est devenu classique, malgré les coûts de main-d'œuvre colossaux, est toujours utilisé. Cette situation est due au fait qu'un antibiotique, contrairement à une protéine, n'est pas le produit d'un gène spécifique ; La biosynthèse des antibiotiques résulte de l'action combinée de 10 à 30 enzymes différentes codées par le nombre correspondant de gènes différents. De plus, pour de nombreux antibiotiques dont la production microbiologique est établie, les mécanismes moléculaires de leur biosynthèse n'ont pas encore été étudiés. Le mécanisme polygénique qui sous-tend la biosynthèse des antibiotiques est la raison pour laquelle les changements dans les gènes individuels ne mènent pas au succès. L'automatisation des méthodes de routine d'analyse de la productivité des mutants permet d'étudier des dizaines de milliers de souches fonctionnelles et accélère ainsi la procédure de sélection par la méthode génétique classique.

La nouvelle biotechnologie, basée sur l'utilisation de souches superproductrices d'antibiotiques, implique l'amélioration des mécanismes de protection du producteur contre l'antibiotique synthétisé par lui.

Les souches résistantes à de fortes concentrations d'antibiotiques dans le milieu de culture montrent une productivité élevée. Cette propriété est également prise en compte lors de la conception des cellules de superproduction. Depuis la découverte de la pénicilline à la fin des années 1920, plus de 6 000 antibiotiques ont été isolés à partir de divers micro-organismes avec différentes spécificités et différents mécanismes d'action. Leur utilisation généralisée dans le traitement des maladies infectieuses a permis de sauver des millions de vies. La grande majorité des principaux antibiotiques ont été isolées de la bactérie du sol gram-positive Streptomyces, bien que des champignons et d'autres bactéries gram-positives et gram-négatives les produisent également. Dans le monde, 100 000 tonnes d'antibiotiques sont produites chaque année, pour une valeur estimée à S milliards de dollars, dont plus de 100 millions de dollars d'antibiotiques ajoutés à l'alimentation du bétail en tant qu'additifs ou accélérateurs de croissance.

On estime que les scientifiques découvrent entre 100 et 200 nouveaux antibiotiques chaque année, principalement grâce à des programmes de recherche approfondis pour trouver des milliers de micro-organismes différents qui synthétiseraient des antibiotiques uniques. La production et les essais cliniques de nouveaux médicaments sont très coûteux, et seuls ceux qui présentent une grande valeur thérapeutique et un grand intérêt économique sont commercialisés. Ils représentent 1 à 2% de tous les antibiotiques détectés. La technologie de l'ADN recombinant a un grand effet ici. Premièrement, il peut être utilisé pour créer de nouveaux antibiotiques avec une structure unique qui ont un effet plus puissant sur certains micro-organismes et ont des effets secondaires minimes. Deuxièmement, les approches de génie génétique peuvent être utilisées pour augmenter le rendement des antibiotiques et, par conséquent, pour réduire le coût de leur production.

On peut supposer que la biotechnologie clinique trouve son origine dans le début de la production industrielle de pénicilline dans les années 40. et son utilisation en thérapie. Apparemment, l'utilisation de cette première pénicilline naturelle a influencé la réduction de la morbidité et de la mortalité plus que tout autre médicament, mais, d'un autre côté, a posé un certain nombre de nouveaux problèmes qui pourraient à nouveau être résolus avec l'aide de la biotechnologie.

Premièrement, l'utilisation réussie de la pénicilline a provoqué un grand besoin de ce médicament, et pour le satisfaire, il a été nécessaire d'augmenter considérablement le rendement de la pénicilline lors de sa production. Deuxièmement, la première pénicilline - C (benzylpénicilline) - agissait principalement sur les bactéries gram-positives (par exemple, les streptocoques et les staphylocoques), et il était nécessaire d'obtenir des antibiotiques avec un spectre d'action et / ou d'activité plus large, infectant à la fois les bactéries gram-négatives des bactéries telles que E. coli et Pseudomonas. Troisièmement, étant donné que les antibiotiques provoquaient des réactions allergiques (le plus souvent mineures, comme une éruption cutanée, mais parfois plus graves, des manifestations anaphylactiques potentiellement mortelles), il était nécessaire de disposer de toute une gamme d'agents antibactériens afin de pouvoir choisir parmi des agents tout aussi efficaces. un médicament qui ne provoquerait pas d'allergie chez le patient. Quatrièmement, la pénicilline est instable dans l'environnement acide de l'estomac et ne peut pas être administrée par voie orale. Enfin, de nombreuses bactéries acquièrent une résistance aux antibiotiques. Un exemple classique en est la formation par les staphylocoques de l'enzyme pénicillinase (plus exactement, bêta-lactamase), qui hydrolyse la liaison amide dans le cycle bêta-lactame de la pénicilline avec formation d'acide pénicillinique pharmacologiquement inactif. Il a été possible d'augmenter le rendement de la pénicilline au cours de sa production principalement grâce à l'utilisation cohérente d'une série de mutants de la souche originale de Penicillium chrysogenum, ainsi qu'en modifiant les conditions de croissance.

Le processus de biosynthèse d'un antibiotique peut consister en des dizaines de réactions enzymatiques, de sorte que le clonage de tous les gènes de sa biosynthèse n'est pas une tâche facile. Une des approches pour isoler un ensemble complet de tels gènes repose sur la transformation d'une ou plusieurs souches mutantes incapables de synthétiser cet antibiotique avec une banque de clones créés à partir de l'ADN chromosomique d'une souche sauvage. Après l'introduction de la banque de clones dans les cellules mutantes, la sélection des transformants capables de synthétiser l'antibiotique est effectuée. Ensuite, l'ADN plasmidique d'un clone contenant un gène antibiotique fonctionnel ex-prémélangé (c'est-à-dire un gène qui restaure la fonction perdue par la souche mutante) est isolé et utilisé comme sonde pour cribler une autre banque de clones d'ADN chromosomique d'un type sauvage. souche, à partir de laquelle des clones contenant des séquences nucléotidiques qui chevauchent la séquence sonde. Ainsi, les éléments d'ADN adjacents à la séquence complémentaire sont identifiés puis clonés, et le groupe complet de gènes de biosynthèse d'antibiotiques est recréé. La procédure décrite se réfère au cas où ces gènes sont regroupés dans un site d'ADN chromosomique. Si les gènes de biosynthèse sont dispersés sous forme de petits clusters à différents sites, alors il est nécessaire d'avoir au moins un mutant par cluster afin d'obtenir des clones d'ADN, à l'aide desquels les gènes restants des clusters peuvent être identifiés .

A l'aide d'expériences génétiques ou biochimiques, on peut identifier puis isoler une ou plusieurs enzymes biosynthétiques clés, déterminer leurs séquences d'acides aminés N-terminales et, sur la base de ces données, synthétiser des sondes oligonucléotidiques. Cette approche a été utilisée pour isoler le gène de l'isopénicilline N synthétase de Penicillium chrysogenum. Cette enzyme catalyse la condensation oxydative de la 5-(1_-a-aminoadipylN-cystéinyl-P-valine en isopénicilline N, un intermédiaire clé dans la biosynthèse des pénicillines, les céphalosporines , et les céphalosporines.

De nouveaux antibiotiques aux propriétés et spécificités uniques peuvent être obtenus en effectuant des manipulations génétiquement modifiées avec des gènes impliqués dans la biosynthèse d'antibiotiques déjà connus. L'une des premières expériences, au cours de laquelle un nouvel antibiotique a été obtenu, a consisté à combiner deux voies légèrement différentes de biosynthèse d'antibiotiques dans un même micro-organisme.

L'un des plasmides de Streptomyces, plJ2303, portant un fragment de 32,5 kb d'ADN chromosomique de S.coelicoior contient tous les gènes des enzymes responsables de la biosynthèse de l'antibiotique actinorodine à partir de l'acétate, membre de la famille des antibiotiques isochromanquinones. Le plasmide entier et divers sous-clones portant des parties du fragment de 32,5 kb (par exemple, plJ2315) ont été introduits soit dans la souche AM-7161 de Streptomyces sp.T synthétisant l'antibiotique apparenté medermicin, soit dans la souche B1140 ou Tu22 S. violaceoruber synthétisant antibiotiques apparentés granaticine et dihydrogranaticine.

Tous ces antibiotiques sont des indicateurs acido-basiques qui donnent à la culture en croissance une couleur caractéristique, en fonction du pH du milieu. À son tour, le pH (et la couleur) du milieu dépend du composé qui est synthétisé. Les mutants de la souche parentale S.coelicoior, incapables de synthétiser l'actine Rodine, sont incolores. L'apparition de la couleur après transformation de la souche AM-7161 Streptomyces sp. ou des souches B1J40 ou Tu22 du plasmide S. violaceoruber portant tout ou plusieurs gènes codant pour des enzymes de biosynthèse de l'actinorodine, indique la synthèse d'un nouvel antibiotique Transformants souche AM-7161 Streptomyces sp. et la souche 6 1140 S. violaceoruber, contenant le plasmide pM2303, synthétisent des antibiotiques codés à la fois par le plasmide et l'ADN chromosomique.

Cependant, lors de la transformation de la souche Tu22 de S. violaceoruber avec le plasmide plJ2303, avec l'actinorodine, un nouvel antibiotique, la dihydrogranatirodine, est synthétisé, et lors de la transformation de la souche AM-7161 de Streptomyces sp. Le plasmide PlJ2315 synthétise un autre nouvel antibiotique - la méderrodine A.

Structurellement, ces nouveaux antibiotiques diffèrent peu de l'actinorodine, de la medermicine, de la granaticine et de l'hydrogranaticine et sont probablement formés lorsqu'un produit intermédiaire d'une voie biosynthétique sert de substrat à une enzyme dans une autre voie. Lorsque les propriétés biochimiques de diverses voies biosynthétiques des antibiotiques seront étudiées en détail, il sera possible de créer de nouveaux antibiotiques uniques et hautement spécifiques en manipulant les gènes qui codent les enzymes correspondantes.

Développement de nouvelles méthodes d'obtention d'antibiotiques polycétides modernes.

Le terme "polycétide" fait référence à une classe d'antibiotiques qui résultent de la condensation enzymatique séquentielle d'acides carboxyliques tels que l'acétate, le propionate et le butyrate. Certains antibiotiques polycétides sont synthétisés par les plantes et les champignons, mais la plupart d'entre eux sont formés par les actinomycètes sous forme de métabolites secondaires. Avant de manipuler des gènes codant pour des enzymes pour la biosynthèse d'antibiotiques polycétides, il était nécessaire de découvrir le mécanisme d'action de ces enzymes.

Après avoir étudié en détail les composants génétiques et biochimiques de la biosynthèse de l'érythromycine dans les cellules de Saccharopolyspora erythraea, il a été possible d'introduire des modifications spécifiques dans les gènes associés à la biosynthèse de cet antibiotique, et de synthétiser des dérivés de l'érythromycine avec d'autres propriétés. Premièrement, la structure primaire du fragment d'ADN de S. erythraea a été déterminée. 56 kpb, contenant le groupe de gènes ery, puis l'érythromycine polykétide synthase a été modifiée de deux manières différentes. Pour ce faire, 1) la région d'ADN codant pour la bêta-cétoréductase a été supprimée, ou 2) une modification a été apportée dans la région d'ADN codant pour l'énoyl réductase. Ces expériences ont permis de montrer expérimentalement que si un cluster de gènes codant pour des enzymes de biosynthèse d'un certain antibiotique polykétide est identifié et caractérisé, alors, en y apportant des modifications spécifiques, il sera possible de changer de direction la structure de l'antibiotique.

De plus, en coupant et en joignant certaines sections d'ADN, il est possible de déplacer des domaines de polycétide synthase et d'obtenir de nouveaux antibiotiques polycétides.

La technologie de l'ADN pour améliorer la production d'antibiotiques

Avec l'aide du génie génétique, il est possible non seulement de créer de nouveaux antibiotiques, mais aussi d'augmenter l'efficacité de la synthèse de ceux déjà connus. Le facteur limitant dans la production industrielle d'antibiotiques utilisant Streptomyces spp. est souvent la quantité d'oxygène disponible pour les cellules. En raison de la faible solubilité de l'oxygène dans l'eau et de la forte densité de la culture de Streptomyces, celle-ci est souvent insuffisante, la croissance cellulaire ralentit et le rendement de l'antibiotique est réduit. Pour résoudre ce problème, il est possible, d'une part, de modifier la conception des bioréacteurs dans lesquels la culture de Streptomyces est cultivée, et d'autre part, en utilisant des méthodes de génie génétique, de créer des souches de Streptomyces qui utilisent plus efficacement l'oxygène disponible. Ces deux approches ne s'excluent pas mutuellement.

L'une des stratégies utilisées par certains micro-organismes aérobies pour survivre dans un manque d'oxygène consiste à synthétiser un produit semblable à l'hémoglobine qui peut accumuler de l'oxygène et le livrer aux cellules. Par exemple, la bactérie aérobie Vitreoscilla sp. synthétise une protéine homodimérique contenant de l'hème fonctionnellement similaire à l'hémoglobine eucaryote. Le gène « hémoglobine » de Vitreoscilla a été isolé, inséré dans le vecteur plasmidique Streptomyces et introduit dans les cellules de ce microorganisme. Après son expression, l'hémoglobine de Vitreoscilla représentait environ 0,1% de toutes les protéines cellulaires de S.coelicoior même lorsque l'expression a été réalisée sous le contrôle du promoteur du gène de l'hémoglobine de Vitreoscilla, et non du promoteur de Streptomyces. Les cellules S.coelicoior transformées poussant à faible teneur en oxygène dissous (environ 5 % de la concentration saturante) ont synthétisé 10 fois plus d'actinorodine pour 1 g de masse cellulaire sèche et ont eu un taux de croissance plus élevé que les cellules non transformées. Cette approche peut également être utilisée pour fournir de l'oxygène à d'autres micro-organismes se développant dans des conditions pauvres en oxygène.

Le matériau de départ pour la synthèse chimique de certaines céphalosporines - des antibiotiques qui ont un léger effet secondaire et sont actifs contre de nombreuses bactéries - est l'acide 7-aminocéphalosporique (7ASA), qui à son tour est synthétisé à partir de l'antibiotique céphalosporine C. Malheureusement, les micro-organismes naturels capables de synthétiser le 7ASA , n'a pas encore été identifié.

Une nouvelle voie de biosynthèse du 7ACA a été construite en insérant des gènes spécifiques dans le plasmide du champignon Acremonium chrysogenum, qui ne synthétise normalement que la céphalosporine-C. L'un de ces gènes était représenté par l'ADNc du champignon Fusarium solani, codant pour la D-aminoacide oxydase, et l'autre provenait de l'ADN génomique de Pseudomonas diminuta et codait pour une céphalosporine acylase. Dans le plasmide, les gènes étaient sous le contrôle du promoteur A. chrysogenum. À la première étape de la nouvelle voie de biosynthèse, la céphalosporine-C est convertie en acide céphalosporique 7-p-(5-carboxy-5-oxopentanamide) (céto-AO-7ACA) à l'aide d'une oxydase d'acide aminé. Une partie de ce produit, en réagissant avec le peroxyde d'hydrogène, l'un des sous-produits, est convertie en acide 7-bêta-(4-carboxybutanamide)-céphalosporique (GL-7ACA). La céphalosporine-C, la céto-A0-7ACA et le GL-7ACA peuvent subir une hydrolyse par la céphalosporinacylase pour former 7ACA, mais seulement 5 % de la céphalosporine-C est directement hydrolysée en 7ACA. Par conséquent, les deux enzymes sont nécessaires à la formation de 7ACA avec un rendement élevé.

Interférons

Fin des années 70 - début des années 80. La technologie de l'ADN du XXe siècle a pour la première fois commencé à attirer l'attention du public et des grands investisseurs. Un produit biotechnologique prometteur était l'interféron, que l'on espérait à l'époque comme un remède miracle contre diverses maladies virales et le cancer. L'isolement de l'ADNc d'interféron humain et son expression ultérieure dans Escherichia coll ont été rapportés par toutes les publications intéressées dans le monde.

Différentes approches sont utilisées pour isoler des gènes ou des protéines humains. Typiquement, la protéine souhaitée est isolée et la séquence d'acides aminés de la partie correspondante de la molécule déterminée. Sur cette base, la séquence nucléotidique la codant est trouvée, l'oligonucléotide correspondant est synthétisé et utilisé comme sonde d'hybridation pour isoler le gène ou l'ADNc souhaité à partir de bibliothèques génomiques ou d'ADNc. Une autre approche consiste à générer des anticorps contre une protéine purifiée et à les utiliser pour cribler des bibliothèques dans lesquelles certains gènes sont exprimés. Pour les protéines humaines synthétisées majoritairement dans un seul tissu, une banque d'ADNc basée sur l'ARNm isolé de ce tissu sera enrichie dans la séquence d'ADN cible. Par exemple, la principale protéine synthétisée par les cellules des îlots de Langerhans du pancréas est l'insuline, et 70 % des ARNm isolés de ces cellules la codent.

Cependant, le principe de l'enrichissement en ADNc est inapplicable pour ces protéines humaines dont la quantité est très faible ou dont le lieu de synthèse est inconnu. Dans ce cas, d'autres approches expérimentales peuvent être nécessaires. Par exemple, les interférons humains (IF), y compris les interférons alpha, bêta et gamma, sont des protéines naturelles, dont chacune peut trouver sa propre utilisation thérapeutique. Le premier gène de l'interféron a été isolé au début des années 1980. XXe siècle. Depuis lors, plusieurs interférons différents ont été découverts. Un polypeptide ayant l'action de l'interféron leucocytaire humain est synthétisé dans E. coli.

Plusieurs caractéristiques de l'interféron ont rendu l'isolement de son ADNc particulièrement difficile. Premièrement, malgré le fait que l'interféron a été purifié plus de 80 000 fois, il n'a pu être obtenu qu'en très petites quantités. son poids moléculaire exact n'était pas connu à l'époque. Deuxièmement, contrairement à de nombreuses autres protéines, l'interféron n'a pas d'activité chimique ou biologique facilement identifiable : il n'a été apprécié que par la diminution de l'effet cytopathique du virus animal sur la culture cellulaire, et c'est un processus complexe et long. Troisièmement, contrairement à l'insuline, on ne savait pas s'il existait des cellules humaines capables de produire de l'interféron en quantités suffisamment importantes, c'est-à-dire s'il existe une source d'ARNm d'interféron. Malgré toutes ces difficultés, l'ADNc codant pour l'interféron a finalement été isolé et caractérisé. Lors de l'isolement de leur ADNc, une approche particulière a dû être développée pour surmonter les difficultés liées au contenu insuffisant de l'ARNm et des protéines correspondants. Maintenant, cette procédure d'extraction d'ADN est courante et standard et pour les interférons est la suivante.

1. À partir d'ARNm isolés de leucocytes humains et fractionnés par taille ; effectué une transcription inverse et inséré dans le site Psti du plasmide pBR322.

2. Le produit résultant a été transformé en Escherichia coli. Les clones résultants ont été divisés en groupes. Des tests ont été effectués sur des clones, ce qui a permis d'accélérer le processus de leur identification.

3. Chaque clone clone a été hybridé avec une préparation d'ARNm IF brute.

4. A partir des hybrides résultants contenant de l'ADN cloné et de l'ARNm, l'ARNm a été isolé et traduit en un système de synthèse de protéines acellulaire.

5. Détermination de l'activité antivirale interféroïque de chaque mélange obtenu à la suite de la traduction. Les groupes présentant une activité d'interféron contenaient un clone avec un ADNc hybridé avec IF-ARNm.

6. Les groupes positifs ont été divisés en sous-groupes contenant plusieurs clones et testés à nouveau. Le sous-groupement a été répété jusqu'à ce qu'un clone contenant l'ADNc-IF humain de pleine longueur soit identifié.

Depuis lors, plusieurs types différents d'interférons ont été découverts. Les gènes de plusieurs interférons ont été isolés et leur efficacité a été démontrée dans le traitement de diverses maladies virales, mais, malheureusement, l'interféron n'est pas devenu une panacée.

Sur la base des propriétés chimiques et biologiques de l'interféron, trois groupes peuvent être distingués : IF-alpha, IF-beta et IF-gamma. IF-alpha et IF-beta sont synthétisés par des cellules traitées avec des médicaments à base de virus ou d'ARN viral, et IF-gamma est produit en réponse à l'action de substances qui stimulent la croissance cellulaire. IF-alpha est codé par une famille de gènes d'au moins 15 gènes non alléliques, tandis que IF-beta et IF-gamma sont codés par un gène chacun. Les sous-types IF-alpha présentent des spécificités différentes. Par exemple, lorsque l'on teste l'efficacité de IF-elf-1 et IF-alpha-2 sur une lignée cellulaire bovine traitée par le virus, ces interférons présentent une activité antivirale similaire, tandis que dans le cas des cellules humaines traitées par le virus, IF-alpha- 2 est sept fois plus actif que IF-alpha 1. Si l'activité antivirale est testée sur des cellules de souris, alors IF-alpha-2 est 30 fois moins efficace que IF-alpha-1.

En raison du fait qu'il existe une famille d'interférons, plusieurs tentatives ont été faites pour créer des IF avec des propriétés combinées, en utilisant le fait que différents membres de la famille IF-alpha diffèrent par le degré et la spécificité de leur activité antivirale. En théorie, cela peut être réalisé en connectant des parties des séquences de gènes de différents IF-alpha. Cela conduira à la formation d'une protéine de fusion avec des propriétés différentes de chacune des protéines d'origine. Une comparaison des séquences d'ADNc de IF-alpha-1 et IF-alpha-2 a montré qu'elles contiennent les mêmes sites de restriction aux positions 60, 92 et 150. Après le clivage des deux ADNc sur ces sites et la ligature subséquente des fragments, plusieurs des gènes hybrides ont été obtenus. Ces gènes ont été exprimés dans E. coli, les protéines synthétisées ont été purifiées et leurs fonctions biologiques ont été étudiées. Le test des propriétés protectrices des FI hybrides en culture cellulaire de mammifère a montré que certaines d'entre elles sont plus actives que les molécules parentales. De plus, de nombreux FI hybrides ont induit la formation de 2 "-5" -oligoisoadénylate synthétase dans les cellules témoins. Cette enzyme est impliquée dans la synthèse de 2 oligonucléotides liés à "-5", qui à leur tour activent l'endoribonucléase cellulaire latente, qui clive l'ARNm viral. D'autres FI hybrides ont présenté une activité antiproliférative supérieure à celle des molécules mères dans les cultures de diverses cellules cancéreuses humaines.

Une hormone de croissance

La stratégie de construction de nouvelles protéines en modifiant les domaines fonctionnels ou par mutagenèse dirigée peut être utilisée pour améliorer ou affaiblir la propriété biologique d'une protéine. Par exemple, l'hormone de croissance humaine native (HGH) se lie dans différents types de cellules à la fois au récepteur de l'hormone de croissance et au récepteur de la prolactine. Pour éviter les effets secondaires indésirables pendant le traitement, il est nécessaire d'exclure la fixation de l'hGH au récepteur de la prolactine. La région de la molécule d'hormone de croissance qui se lie à ce récepteur ne coïncide que partiellement dans sa séquence d'acides aminés avec la région de la molécule qui interagit avec le récepteur de la prolactine, il a été possible de réduire sélectivement la liaison de l'hormone à ce dernier. Pour cela, une mutagenèse spécifique au site a été utilisée, à la suite de laquelle certains changements se sont produits dans les groupes latéraux de certains acides aminés (His-18, His-21 et Glu-174) - des ligands pour les ions Zn 2+ requis pour une haute -liaison par affinité de la hGH au récepteur de la prolactine. L'hormone de croissance modifiée ne se lie qu'à « son » récepteur. Les résultats obtenus sont d'un intérêt certain, mais il n'est pas encore clair si l'hGH modifiée peut être utilisée en clinique.

Fibrose kystique

La maladie héréditaire mortelle la plus courante chez les Caucasiens est la mucoviscidose. Aux États-Unis, 30 000 cas de cette maladie ont été recensés, au Canada et en Europe - 23 000. Les patients atteints de mucoviscidose souffrent souvent de maladies infectieuses touchant les poumons. Le traitement des infections récurrentes avec des antibiotiques conduit finalement à l'émergence de souches résistantes de bactéries pathogènes. Les bactéries et les produits de leur lyse provoquent l'accumulation de mucus visqueux dans les poumons, ce qui rend la respiration difficile. L'un des composants du mucus est l'ADN de haut poids moléculaire, qui est libéré par les cellules bactériennes lors de la lyse. Des scientifiques de la société de biotechnologie Genentech (États-Unis) ont isolé et exprimé le gène de la DNase, une enzyme qui décompose l'ADN de haut poids moléculaire en fragments plus courts. L'enzyme purifiée est injectée dans le cadre d'un aérosol dans les poumons des patients atteints de mucoviscidose, elle décompose l'ADN, la viscosité du mucus diminue, ce qui facilite la respiration. Bien que ces mesures ne guérissent pas la fibrose kystique, elles procurent un soulagement. L'enzyme a récemment été approuvée par le Département américain de l'alimentation, des médicaments et de la beauté (FDA) et a généré environ 100 millions de dollars de ventes en 2000.

L'alginate lyase est un autre produit biotechnologique qui aide les patients. L'alginate est un polysaccharide synthétisé par une variété d'algues, de bactéries du sol et marines. Ses unités monomères sont deux saccharides - le bêta-D-mannuronate et l'alpha-1-guluronate, dont la teneur relative et la distribution déterminent les propriétés d'un alginate particulier. Ainsi, les résidus d'a-L-guluronate forment des réticulations interchaînes et intrachaînes en se liant aux ions calcium ; les résidus de bêta-D-mannuronate se lient aux ions d'autres métaux. L'alginate contenant de telles réticulations forme un gel élastique dont la viscosité est directement proportionnelle à la taille des molécules de polysaccharide.

La libération d'alginate par des souches muqueuses de Pseudomonas aeruginosa augmente significativement la viscosité du mucus chez les patients atteints de mucoviscidose. Pour dégager les voies respiratoires et soulager l'état des patients, en plus du traitement par la DNase, la dépolymérisation de l'alginate doit être effectuée à l'aide d'alginate lyase.

Le gène de l'alginate lyase a été isolé de Flavobacterium sp., une bactérie du sol à Gram négatif qui produit activement cette enzyme. A partir d'E. coli, une banque de clones de Flavobacterium a été créée et ceux qui synthétisent l'alginate lyase ont été criblés en étalant tous les clones sur un milieu solide contenant de l'alginate additionné d'ions calcium. Dans ces conditions, tout l'alginate du milieu, à l'exception de celui qui entoure les colonies productrices d'alginate-lyase, forme des réticulations et devient trouble. L'alginate hydrolysé perd sa capacité à former des réticulations, de sorte que le milieu autour des colonies synthétisant l'alginate lyase reste transparent. L'analyse d'un fragment d'ADN cloné présent dans l'une des colonies positives a montré la présence d'un cadre de lecture ouvert codant pour un polypeptide d'un poids moléculaire d'environ 69 000. Des études biochimiques et génétiques plus détaillées ont montré que ce polypeptide semble être un précurseur de trois les alginates lyases produites par Flavobacterium sp. Premièrement, une enzyme protéolytique en coupe un peptide N-terminal pesant environ 6 000. La protéine restante, d'un poids moléculaire de 63 000, est capable de dépolymériser l'alginate produit à la fois par les bactéries et les algues. Lors de sa coupe ultérieure, un produit d'un poids moléculaire de 23 000 est formé, dépolymérisant l'alginate d'algues et une enzyme d'un poids moléculaire de 40 000, qui détruit l'alginate bactérien. Pour obtenir de grandes quantités de l'enzyme d'un poids moléculaire de 40 000, l'ADN la codant a été amplifié par amplification en chaîne par polymérase (PCR) puis inséré dans un vecteur plasmidique isolé de B. subrjlis portant le gène codant pour le peptide signal de B. subrjlis a-amylase. La transcription a été contrôlée en utilisant le système d'expression du gène de la pénicillinase. Lorsque les cellules de B. subrjlis ont été transformées avec le plasmide obtenu et étalées sur un milieu solide contenant de l'alginate avec addition d'ions calcium, des colonies avec un grand halo se sont formées. Lorsque de telles colonies ont été cultivées dans un milieu liquide, l'alginate lyase recombinante a été libérée dans le milieu de culture. Des tests ultérieurs ont montré que cette enzyme est capable de liquéfier efficacement les alginates synthétisés par des souches muqueuses de P. aeruginosa, qui ont été isolées des poumons de patients atteints de mucoviscidose. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si les tests cliniques de l'alginate lyase recombinante sont appropriés.

Prévention du rejet de greffe d'organe

Dans les années 1970. les vues sur l'immunisation passive ont été révisées : elle a commencé à être considérée comme une mesure préventive contre le rejet d'organes transplantés. Il a été proposé d'injecter aux patients des anticorps spécifiques qui se lieront à certains types de lymphocytes, réduisant ainsi la réponse immunitaire contre l'organe greffé.

Les anticorps monoclonaux de souris OCTZ ont été les premières substances recommandées par le Département américain de l'alimentation, des médicaments et des cosmétiques pour être utilisées comme immunosuppresseurs dans la transplantation d'organes humains. Les cellules dites T - des lymphocytes qui se différencient dans le thymus sont responsables du rejet d'organes. L'OCTZ se lie à un récepteur à la surface de toute cellule T appelée CD3. Cela empêche le développement d'une réponse immunitaire complète et le rejet de l'organe transplanté. Cette immunosuppression est très efficace, bien qu'elle ait des effets secondaires, comme de la fièvre et des éruptions cutanées.

Des techniques ont été développées pour la production d'anticorps en utilisant E. coli. Les hybridomes, comme la plupart des autres cultures de cellules animales, se développent relativement lentement, n'atteignent pas des densités élevées et nécessitent des milieux complexes et coûteux. Les anticorps monoclonaux ainsi obtenus sont très coûteux, ce qui ne permet pas leur utilisation généralisée en clinique.

Pour résoudre ce problème, des tentatives ont été faites pour créer une sorte de "bioréacteur" basé sur des bactéries, des plantes et des animaux génétiquement modifiés. À cette fin, des constructions de gènes capables de coder des régions individuelles d'anticorps ont été introduites dans le génome de l'hôte. Pour une administration et un fonctionnement efficaces de certains agents immunothérapeutiques, une région de liaison à l'antigène d'un anticorps (fragment Fab ou Fv) est souvent suffisante, c'est-à-dire la présence de la partie Fc de l'anticorps est facultative.

Plantes GM - producteurs de produits pharmaceutiques

Aujourd'hui, les perspectives de la biotechnologie agricole pour fournir de telles plantes qui seront utilisées comme médicaments ou vaccins semblent de plus en plus réelles. Il est difficile d'imaginer à quel point cela pourrait être important pour les pays pauvres, où les produits pharmaceutiques conventionnels sont encore une nouveauté et où les programmes de vaccination traditionnels de l'OMS sont trop coûteux et difficiles à mettre en œuvre. Ce domaine de recherche doit être soutenu de toutes les manières possibles, y compris par la coopération entre les secteurs public et privé de l'économie.

Parmi les gènes dont l'expression dans les plantes est considérée comme exotique, les gènes codant pour la synthèse de polypeptides d'importance médicale sont les plus importants. Bien entendu, le brevet Calgene sur l'expression de l'interféron de souris dans les cellules végétales doit être considéré comme la première étude réalisée dans ce domaine. Plus tard, la synthèse d'immunoglobulines dans les feuilles des plantes a été démontrée.

De plus, il est possible d'introduire dans le génome d'une plante un gène codant pour la ou les protéines d'enveloppe d'un virus. En consommant la plante pour se nourrir, les gens acquerront progressivement une immunité contre ce virus. Il s'agit essentiellement de la création de plantes médicinales.

Les plantes transgéniques présentent un certain nombre d'avantages par rapport à la culture de cellules de micro-organismes, d'animaux et d'humains pour la production de protéines recombinantes. Parmi les avantages des plantes transgéniques, on note les principaux : la possibilité de production à grande échelle, le faible coût, la facilité de nettoyage, l'absence d'impuretés ayant des effets allergènes, immunosuppresseurs, cancérigènes, tératogènes et autres sur l'homme. Les plantes peuvent synthétiser, glycosyler et assembler des protéines de mammifères à partir de sous-unités. Lors de la consommation de légumes et de fruits crus porteurs de gènes codant pour la synthèse des protéines vaccinales, une immunisation orale se produit.

L'un des moyens de réduire le risque de fuite de gènes dans l'environnement, utilisé notamment dans la création de vaccins comestibles, est d'introduire des gènes étrangers dans les chloroplastes, et non dans les chromosomes nucléaires, comme d'habitude. On pense que cette méthode élargira le champ d'application des plantes GM. Malgré le fait qu'il soit beaucoup plus difficile d'introduire les gènes souhaités dans les chloroplastes, cette méthode présente plusieurs avantages. L'un d'eux est que l'ADN étranger des chloroplastes ne peut pas pénétrer dans le pollen. Cela élimine complètement la possibilité de transfert incontrôlé de matériel GM.

Utiliser la technologie de l'ADN pour développer des vaccins

Une direction prometteuse est la création de plantes transgéniques portant des gènes pour des protéines caractéristiques des bactéries et des virus qui causent des maladies infectieuses. Lors de la consommation de fruits et légumes crus porteurs de tels gènes, ou de leurs jus lyophilisés, le corps est vacciné. Par exemple, lorsque le gène de la sous-unité non toxique de l'entérotoxine cholérique a été introduit dans des plants de pomme de terre et lorsque des tubercules crus ont été donnés à des souris expérimentales, des anticorps dirigés contre les agents pathogènes du choléra se sont formés dans leur corps. Il est clair que ces vaccins comestibles peuvent être une méthode efficace, simple et peu coûteuse pour protéger les personnes et garantir la sécurité sanitaire des aliments en général.

Le développement de la technologie de l'ADN au cours des dernières décennies a révolutionné le développement et la production de nouveaux vaccins. En utilisant les méthodes de la biologie moléculaire et du génie génétique, les déterminants antigéniques de nombreux agents infectieux ont été identifiés, les gènes codant pour les protéines correspondantes ont été clonés et, dans certains cas, la production de vaccins basés sur les sous-unités protéiques de ces antigènes a été lancée. La diarrhée causée par une infection à Vibrio cholerae ou à E. coli entérotoxinogène (Escherichia coli) est l'une des maladies les plus dangereuses avec un pourcentage élevé de décès, en particulier chez les enfants. Le nombre total de maladies du choléra dans le monde dépasse 5 millions de cas par an, entraînant la mort d'environ 200 000 personnes. Par conséquent, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) accorde une attention particulière à la prévention des infections diarrhéiques, stimulant de toutes les manières possibles la création d'une variété de vaccins contre ces maladies. Des épidémies de choléra sont également observées dans notre pays, notamment dans les régions du sud.

Les maladies bactériennes diarrhéiques sont également très répandues chez les animaux de ferme et les volailles, principalement chez les jeunes animaux, ce qui provoque des pertes importantes dans les fermes en raison de la perte de poids et de la mortalité.

Un exemple classique de vaccin recombinant obtenu à l'aide de micro-organismes est la production d'antigène de surface de l'hépatite B. Le gène viral HBsAg a été inséré dans un plasmide de levure, à la suite de quoi une protéine virale a été synthétisée dans la levure en grandes quantités, qui, après purification , est utilisé par injection comme vaccin efficace contre l'hépatite (Pelre et al., 1992).

De nombreux pays du Sud à forte incidence d'hépatite vaccinent la population, y compris les enfants, contre la maladie. Malheureusement, le coût d'un tel vaccin est relativement élevé, ce qui empêche l'adoption généralisée de programmes de vaccination universels pour la population dans les pays à bas niveau de vie. Face à cette situation, au début des années 90, l'OMS a lancé une initiative visant à créer de nouvelles technologies pour la production de vaccins bon marché contre les maladies infectieuses disponibles dans tous les pays du monde.

Il y a dix ans, le concept d'utiliser des plantes transgéniques pour la production de vaccins dits « comestibles » était avancé. En effet, si un organe comestible d'une plante synthétise une protéine-antigène aux fortes propriétés immunogènes orales, alors lorsque ces plantes sont consommées dans l'alimentation, la protéine-antigène sera digérée en parallèle avec la production des anticorps correspondants.

Les plants de tabac obtenus portent le gène codant pour l'antigène d'enveloppe du virus de l'hépatite B sous le promoteur végétal. La présence de l'antigène dans les feuilles des plantes transgéniques a été confirmée par dosage immunoenzymatique. La similitude de la structure physico-chimique et des propriétés immunologiques de l'antigène recombinant résultant et de l'antigène du sérum humain a été démontrée.

L'identification d'anticorps produits dans les plantes a montré la possibilité d'assembler deux produits de gènes recombinants en une seule molécule de protéine, ce qui est impossible dans les cellules procaryotes. L'assemblage des anticorps a eu lieu lorsque les deux chaînes ont été synthétisées avec la séquence signal. De plus, avec la possibilité d'introduire deux gènes dans une plante, il est également possible de combiner des chaînes polypeptidiques individuelles synthétisées dans différentes plantes transgéniques en une protéine complète lors de l'hybridation de ces deux plantes. Il est possible d'introduire plusieurs gènes sur un même plasmide.

Les plantes productrices d'auto-antigènes transgéniques peuvent également être utilisées pour d'autres maladies auto-immunes telles que la sclérose en plaques, la polyarthrite rhumatoïde, le diabète insulino-dépendant et même le rejet de greffe d'organe. Le diabète insulino-dépendant est une maladie auto-immune dans laquelle les cellules productrices d'insuline du pancréas sont détruites par leurs propres lymphocytes T cytotoxiques. La consommation prophylactique orale de quantités importantes de protéines immunogènes peut entraîner une prévention et un retard important dans l'apparition des symptômes des maladies auto-immunes. Cependant, cela n'est possible qu'en présence d'une quantité importante d'auto-antigènes. Les protéines insuline et acide glutamique décarboxylase pancréatique (GAD65) sont considérées comme des vaccins oraux pour la prévention du diabète insulino-dépendant. Récemment, des biotechnologues canadiens ont produit des plants de pomme de terre transgéniques qui synthétisent la décarboxylase pancréatique de l'acide glutamique. Lors de l'alimentation de souris prédisposées au diabète, à la fois une diminution de l'incidence du diabète et de l'ampleur de la réponse auto-immune ont été notées.

Les résultats ci-dessus du développement du génie génétique indiquent de manière convaincante la possibilité de créer des vaccins « comestibles » à base de plantes transgéniques. Compte tenu du fait que le développement de vaccins pour l'homme prendra beaucoup plus de temps et un contrôle sanitaire plus rigoureux, il faut s'attendre à ce que les premiers vaccins comestibles soient développés pour les animaux. Les études animales aideront à révéler les mécanismes d'action des vaccins « comestibles » et alors seulement, après une longue étude et une évaluation complète, ces vaccins pourront être utilisés dans la pratique clinique. Néanmoins, les travaux dans ce sens se poursuivent activement, et l'idée d'utiliser des plantes pour la production de vaccins a déjà été brevetée aux États-Unis, ce qui indique l'intérêt commercial de ces développements.

Malgré ces résultats encourageants, le développement de vaccins commerciaux contre la diarrhée « comestibles » nécessite des recherches supplémentaires. Dans la pathogenèse de la forme entérotoxique de la diarrhée bactérienne et cholérique, le principal est d'assurer la capacité des bactéries à se multiplier dans l'intestin grêle. Ce processus dépend de la capacité d'adhérence d'Escherichia coli, qui est due à la présence à la surface des cellules bactériennes de formations filamenteuses spéciales de nature protéique - fimbria. Sur les parois de l'intestin grêle des patients souffrant de diarrhée, on trouve significativement plus de bactéries que dans la lumière de la même partie de l'intestin, ce qui est associé à la présence d'adhésines fimbriales dans Escherichia coli - des protéines qui assurent la liaison aux récepteurs de la surface de l'épithélium intestinal.

Même des souches non pathogènes d'Escherichia coll, qui contenaient un plasmide codant pour la synthèse d'adhésines, ont pu coloniser l'intestin et provoquer des diarrhées sans produire d'entérotoxines. A cet égard, il est probable que l'immunité contre les toxines seules ne suffira pas à prévenir les effets pathogènes provoqués par Vibrio cholerae ou Escherichia coli. Il est possible que pour pallier ces effets, en plus des antigènes des entérotoxines, il soit nécessaire d'exprimer des épitopes neutralisants d'antigènes de structure, tels que des lipopolysaccharides, des protéines de la membrane externe des bactéries, ou des adhésines associées aux fimbriae de ces bactéries, qui sont responsables de la liaison à la muqueuse intestinale. Récemment, l'une de ces adhésines, la FimH, a été utilisée avec succès pour immuniser des souris contre la diarrhée bactérienne.

Un autre problème important associé au développement de vaccins "comestibles" est le niveau d'expression de l'antigène hétérologue dans les plantes. Étant donné que l'administration orale du vaccin nécessite des quantités d'antigène plus importantes que l'antigène parentéral, la quantité d'antigène synthétisée dans les plantes, qui ne dépasse désormais pas 0,3 % de la protéine soluble totale, doit être augmentée. Dans le même temps, le niveau d'expression doit être suffisamment élevé pour déclencher une réponse immunitaire, mais inférieur au niveau qui induit une tolérance à l'antigène, comme c'est le cas avec les substances consommées avec une alimentation normale. Et puisque la réponse immunitaire (immunogénicité contre la tolérance) peut être spécifique de l'antigène, les niveaux d'expression pour chaque antigène potentiel devront être sélectionnés individuellement.

Des expériences montrent que le niveau d'expression d'un antigène hétérologue dans les plantes peut être augmenté en utilisant des promoteurs et des amplificateurs spécifiques aux tissus, des amplificateurs de transcription et de traduction, en ajoutant des peptides de transport, et également en modifiant la séquence nucléotidique des gènes correspondants à l'aide de codons préférés pour les plantes. Cependant, la question de savoir quelles plantes sont les mieux utilisées et dans quel organe comestible il est préférable d'exprimer l'antigène nécessite des recherches supplémentaires, car diverses plantes peuvent contenir des substances qui bloquent ou ralentissent la réponse immunitaire ou sont simplement toxiques pour l'homme et les animaux, telles que comme alcaloïdes dans les cellules de tabac.

ABC de la santé - aliments sains

Les progrès scientifiques et technologiques ont touché toutes les sphères de l'activité humaine, de la production à la vie quotidienne. Pendant des siècles, les gens ont cherché à se libérer de l'effort physique, en automatisant la production, en créant des appareils électroménagers, etc. Et, en général, ils ont été libérés. En conséquence, la consommation énergétique quotidienne d'une personne à la fin du XXe siècle par rapport à son début a diminué de 1,5 à 2 fois.

La santé humaine est déterminée principalement par la prédisposition héréditaire (génétique) et la nutrition. De tout temps, la création d'une base alimentaire a été la garantie et la base de la prospérité de tout État. Par conséquent, tout État est intéressé par des projets de programmes de prévention et de santé, améliorant la structure de la nutrition, améliorant la qualité de vie, réduisant la morbidité et la mortalité. C'est la nutrition qui nous relie étroitement à l'environnement, et la nourriture est le matériau à partir duquel le corps humain est construit. Par conséquent, la connaissance des lois d'une nutrition optimale vous permet d'assurer la santé humaine. Cette connaissance est simple et est la suivante : consommez autant d'énergie que vous en dépensez. La valeur énergétique (teneur calorique) de l'alimentation quotidienne doit correspondre à la consommation énergétique quotidienne. Un autre est la variété maximale des aliments, qui fournira une variété de la composition chimique de la nutrition aux besoins physiologiques d'une personne en substances alimentaires (environ 600 éléments). Les aliments consommés doivent contenir des protéines, des graisses, des glucides, des vitamines, des sels minéraux, de l'eau, des fibres, des enzymes, des substances aromatisantes et extractives, des composants mineurs - bioflavonoïdes, indoles, anthocyanures, isoflavones et bien d'autres. En cas d'insuffisance d'au moins un de ces composants, de graves problèmes de santé sont possibles. Et pour éviter que cela ne se produise, l'alimentation quotidienne d'une personne devrait inclure environ 32 noms d'aliments variés.

Le rapport optimal de nutriments entrant dans le corps contribue à la préservation de la santé et de la longévité. Mais, malheureusement, la majorité de la population mondiale est caractérisée par une carence des nutriments suivants : protéines complètes (animales) ; acides gras polyinsaturés; vitamines C, B, B2, E, acide folique, rétinol, bêta-carotène et autres; macro et microéléments : Ca, Fe, Zn, F, Se, I et autres ; fibre alimentaire. Et une consommation excessive de ces graisses animales et de glucides facilement digestibles.

Le déficit de consommation de protéines pour la majorité de la population est en moyenne de 20 %, la teneur de la plupart des vitamines et micro-éléments est inférieure de 15 à 55 % aux valeurs calculées de leur besoin et les fibres alimentaires sont inférieures de 30 %. La violation de l'état nutritionnel entraîne inévitablement une détérioration de la santé et, par conséquent, le développement de maladies. Si nous prenons l'ensemble de la population de la Fédération de Russie à 100%, alors seulement 20% seront en bonne santé, les personnes en état de maladaptation (avec une résistance adaptative réduite) - 40%, et en état de pré-maladie et de maladie - 20 %, respectivement.

Parmi les maladies dépendantes de l'alimentation les plus courantes, on peut citer : l'athérosclérose ; maladie hypertonique; hyperlipidémie; obésité; Diabète; ostéoporose; goutte; certaines tumeurs malignes.

La dynamique des indicateurs démographiques en Fédération de Russie et en Ukraine au cours des 10 dernières années est également caractérisée par des tendances extrêmement négatives. Le taux de mortalité est presque le double du taux de natalité, l'espérance de vie est nettement inférieure non seulement aux pays développés ...

Dans la structure des causes de décès, la première place est occupée par les pathologies du système cardiovasculaire et les maladies oncologiques - maladies dont le risque dépend, entre autres, des troubles nutritionnels.

La pénurie de produits alimentaires dans le monde doit également être prise en compte. Au cours du 20e siècle, la population mondiale est passée de 1,5 à 6 milliards de personnes. On suppose que d'ici 2020, il passera à 8 milliards ou plus, selon qui et comment cela compte. Il est clair que le principal problème est la nutrition d'un tel nombre de personnes. Malgré le fait que la production agricole au cours des 40 dernières années, grâce à la sélection et à l'amélioration des méthodes agronomiques, ait augmenté en moyenne de 2,5 fois, une nouvelle croissance semble peu probable. Cela signifie que le taux de production de produits alimentaires agricoles à l'avenir sera de plus en plus en retard par rapport au taux de croissance démographique.

Un homme moderne consomme environ 800 g de nourriture et 2 litres d'eau par jour. Ainsi, en une seule journée, les gens mangent plus de 4 millions de tonnes de nourriture. Déjà, la pénurie de produits alimentaires dans le monde dépasse les 60 millions de tonnes, et les prévisions sont décevantes...

La solution au problème de l'augmentation de la production alimentaire en utilisant les anciennes méthodes n'est plus possible. De plus, les technologies agricoles traditionnelles ne sont pas renouvelables : au cours des 20 dernières années, l'humanité a perdu plus de 15 % de la couche fertile du sol, et la plupart des terres cultivables ont déjà été impliquées dans la production agricole.

L'analyse de la situation qui s'est développée ces dernières années dans le complexe agro-industriel de la Russie indique une diminution de la population vivante et une baisse de la production de tous les types de produits agricoles de plus de 1,5 fois. Avec les volumes totaux restants de ressources naturelles et de main-d'œuvre, la crise a provoqué une forte détérioration de l'utilisation des terres arables, une diminution de la productivité des agroécosystèmes, plus de 30 millions d'hectares d'agrocénoses hautement productives ont été retirés de la circulation.

Les mesures prises jusqu'à présent pour stabiliser la situation sur le marché agricole se sont avérées inefficaces et insuffisantes. Et les importations alimentaires ont dépassé toutes les limites raisonnables et remis en cause la sécurité alimentaire.

Sur la base de l'importance d'optimiser la structure de la nutrition pour la santé de la nation, le développement et la sécurité du pays, une direction prioritaire a été développée pour améliorer la nutrition de la population de la Russie : élimination du déficit en protéines complètes ; élimination des carences en micronutriments; créer les conditions d'un développement physique et mental optimal des enfants; assurer la sécurité des produits alimentaires nationaux et importés ; accroître le niveau de connaissance de la population en matière d'alimentation saine. La base scientifique d'une stratégie de production alimentaire moderne est la recherche de nouvelles ressources qui fournissent le rapport optimal des composants chimiques des aliments pour le corps humain. La solution à ce problème est avant tout de trouver de nouvelles sources de protéines et de vitamines.

Par exemple, une plante contenant une protéine complète, qui en termes d'ensemble d'acides aminés n'est pas inférieure aux protéines animales, est le soja. L'introduction de ses produits dans l'alimentation vous permet de compenser la carence en protéines, ainsi que divers composants mineurs, en particulier les isoflavones.

L'une des solutions au problème alimentaire est la synthèse chimique des produits alimentaires et de leurs composants, et certains progrès ont déjà été réalisés dans la production de préparations vitaminées. Une méthode très prometteuse et déjà utilisée pour obtenir des produits alimentaires de haute qualité est leur enrichissement en protéines et en vitamines au cours du processus de transformation technologique, c'est-à-dire la production d'aliments avec une composition chimique donnée.

Une autre façon consiste à utiliser des micro-organismes comme composants individuels de produits alimentaires, car le taux de croissance des micro-organismes est mille fois plus élevé que le taux de croissance des animaux de ferme et 500 fois celui des plantes.

Il est important qu'il existe une possibilité de prédétermination génétique dirigée dans les micro-organismes de leur composition chimique, son amélioration, qui détermine directement leur valeur nutritionnelle et la perspective d'utilisation.

Ainsi, dans le nouveau siècle, la production alimentaire ne pourra pas se passer de l'utilisation de technologies de pointe et, en particulier, sans l'utilisation de la biotechnologie, l'utilisation de micro-organismes pour obtenir de la nourriture.

Avec la prise de conscience croissante de l'importance d'un mode de vie sain, la demande d'aliments ne contenant pas de substances nocives a augmenté. Et ici, les technologues en ADN n'ont pu s'empêcher de participer.

Ci-dessus, nous avons déjà évoqué les betteraves sucrières, qui produisent du fructane, un substitut hypocalorique du saccharose. Ce résultat a été obtenu en insérant un gène du topinambour dans le génome de la betterave, qui code une enzyme qui convertit le saccharose en fructane. Ainsi, 90 % du saccharose accumulé dans les plants de betterave transgéniques est converti en fructane.

Un autre exemple de travail sur la création de produits de « nutrition fonctionnelle » est la tentative de créer du café sans caféine. Une équipe de scientifiques à Hawaï a isolé un gène de l'enzyme xanthosine-N7-méthyltransférase, qui catalyse la première étape critique de la synthèse de la caféine dans les feuilles et les grains de café. Avec l'aide d'Agrobacterium, une version antisens de ce gène a été insérée dans les cellules de culture tissulaire du café Arabica. Des études sur des cellules transformées ont montré que leur taux de caféine n'est que de 2% de la normale. Si les travaux sur la régénération et la reproduction des plantes transformées sont couronnés de succès, alors leur utilisation évitera le processus de décaféination chimique du café, ce qui permettra non seulement d'économiser 2,00 $ par kilogramme de café (le coût du processus), mais aussi de préserver la goût de la boisson ainsi gâté, qui se perd en partie lors de la décaféination...

Les pays en développement, où des centaines de millions de personnes meurent de faim, ont particulièrement besoin d'une alimentation de meilleure qualité. Par exemple, les légumineuses cultivées partout dans le monde manquent d'acides aminés soufrés, dont la méthionine. Des tentatives actives sont actuellement faites pour augmenter la concentration de méthionine dans les légumineuses. Dans les plantes GM, il est possible d'augmenter de 25 % la teneur en protéines de stockage (cela a été fait jusqu'à présent pour certaines variétés de haricots). Un autre exemple déjà mentionné est le « riz doré » enrichi en bêta-carotène obtenu par le professeur Potrikus de l'Université technique de Zurich. L'obtention d'un grade industriel serait un exploit extraordinaire. Des tentatives sont également faites pour enrichir le riz en vitamine B, dont le manque conduit à l'anémie et à d'autres maladies.

Les travaux sur l'amélioration des caractéristiques de qualité de la production végétale illustrent bien les capacités des technologies ADN modernes à résoudre une grande variété de problèmes.

La nourriture comme médicament

Le terme « biotechnologie » fait référence à un ensemble de méthodes industrielles qui utilisent des organismes vivants et des processus biologiques pour la production. Les méthodes biotechnologiques sont aussi vieilles que le monde - la vinification, la boulangerie, le brassage, la fabrication du fromage sont basées sur l'utilisation de micro-organismes et appartiennent également à la biotechnologie.

La biotechnologie moderne est basée sur le génie cellulaire et génétique, qui permet d'obtenir des substances biologiquement actives précieuses - antibiotiques, hormones, enzymes, immunomodulateurs, vaccins synthétiques, acides aminés, ainsi que des protéines alimentaires, pour créer de nouvelles variétés de plantes et de races animales . Le principal avantage de l'utilisation de nouvelles approches est une diminution de la dépendance de la production vis-à-vis des ressources naturelles, l'utilisation de méthodes d'agriculture écologiquement et économiquement les plus rentables.

La création de plantes génétiquement modifiées permet d'accélérer le processus de sélection des variétés cultivées à plusieurs reprises, ainsi que d'obtenir des cultures avec des propriétés qui ne peuvent pas être sélectionnées avec des méthodes traditionnelles. La modification génétique des cultures les rend résistantes aux pesticides, aux ravageurs, aux maladies, réduisant les pertes pendant la culture, le stockage et améliorant la qualité des produits.

Qu'est-ce qui caractérise la deuxième génération de cultures transgéniques déjà produites à l'échelle industrielle ? Ils ont des caractéristiques agrotechniques plus élevées, c'est-à-dire une plus grande résistance aux ravageurs et aux mauvaises herbes, et, par conséquent, des rendements plus élevés.

Du point de vue médical, les avantages importants des produits transgéniques sont que, d'une part, il a été possible de réduire de manière significative la quantité résiduelle de pesticides, ce qui a permis de réduire la charge chimique sur le corps humain dans une situation environnementale défavorable. Deuxièmement, pour conférer des propriétés insecticides aux plantes, ce qui conduit à une diminution de leur infestation par les insectes, et cela réduit considérablement l'infestation des cultures céréalières par les moisissures. On sait qu'elles produisent des mycotoxines (notamment des fumonisines - contaminants naturels des céréales) toxiques pour l'homme.

Ainsi, les produits GM de première et de deuxième génération ont un effet positif sur la santé humaine non seulement indirectement - en améliorant l'environnement, mais aussi directement - en réduisant la quantité résiduelle de pesticides et la teneur en mycotoxines. Il n'est pas surprenant que la superficie occupée par les cultures transgéniques augmente d'année en année.

Mais désormais, la plus grande attention sera accordée à la création de produits de troisième génération, à valeur nutritionnelle améliorée ou modifiée, résistants aux facteurs climatiques, à la salinité des sols, ainsi qu'à une durée de conservation prolongée et à des propriétés gustatives améliorées, caractérisés par l'absence de allergènes.

Pour les cultures de la quatrième génération, en plus des qualités ci-dessus, un changement dans l'architecture des plantes (par exemple, petite taille), un changement dans la période de floraison et de fructification sera caractéristique, ce qui permettra de cultiver des plantes tropicales fruits dans la voie du milieu, une modification de la taille, de la forme et du nombre de fruits, une augmentation de l'efficacité de la photosynthèse, la production de nutriments avec un niveau d'assimilation accru, c'est-à-dire mieux absorbé par le corps.

L'amélioration des méthodes de modification génétique, ainsi que l'approfondissement des connaissances sur les fonctions des aliments et sur le métabolisme dans le corps humain, permettront de fabriquer des produits destinés non seulement à assurer une nutrition adéquate, mais aussi à améliorer encore la santé et à prévenir les maladies .

Plantes-bioréacteurs

L'un des domaines prometteurs de la technologie de l'ADN végétal est la création de plantes bioréacteurs capables de produire des protéines nécessaires en médecine, en pharmacologie, etc. Les avantages des plantes bioréacteurs incluent l'absence de besoin d'alimentation et d'entretien, la relative facilité de création et de reproduction , et une productivité élevée. De plus, les protéines étrangères n'induisent pas de réponses immunitaires chez les plantes, ce qui est difficile à obtenir chez les animaux.

Il existe un besoin d'obtenir un ensemble complet de protéines biologiquement actives, qui, en raison d'un très faible niveau de synthèse dans des tissus ou des produits spécifiques, ne sont pas disponibles pour l'étude par leur mécanisme d'action, leur utilisation généralisée ou la détermination de domaines d'utilisation supplémentaires. . Ces protéines comprennent, par exemple, la lactoferrine, qui se trouve en petites quantités dans le lait des mammifères, les leucocytes du sang.

La lactoferrine humaine (hLF) promet d'être utilisée comme additif alimentaire et préparation médicinale pour la prévention et le traitement des maladies infectieuses du tractus gastro-intestinal des jeunes enfants, augmentant la réponse immunitaire du corps dans les maladies malignes et un certain nombre de maladies virales (SIDA). La production de lactoferrine à partir de lait de vache, en raison de sa faible teneur, entraîne un coût élevé du médicament. Avec l'introduction de l'ADNc du gène de la lactoferrine dans les cellules de tabac, un certain nombre de tissus de cals ont été obtenus qui synthétisent de la lactoferrine tronquée, dont les propriétés antibactériennes étaient beaucoup plus fortes que les propriétés antibactériennes de la lactoferrine native. La concentration de cette lactoferrine tronquée dans les cellules de tabac était de 0,6 à 2,5 %.

Les gènes sont insérés dans le génome végétal, dont les produits induisent une réponse immunitaire chez l'homme et l'animal, par exemple, aux protéines d'enveloppe d'agents responsables de diverses maladies, notamment le choléra, l'hépatite, la diarrhée, ainsi qu'aux antigènes. des membranes plasmiques de certaines tumeurs.

Des plantes transgéniques sont créées qui portent des gènes qui produisent certaines hormones nécessaires à l'hormonothérapie chez l'homme, et ainsi de suite.

Un exemple de l'utilisation de plantes pour créer des vaccins est le travail effectué à l'Université de Stanford. Dans ce travail, des anticorps contre l'une des formes de cancer ont été obtenus à l'aide d'un virus de la mosaïque du tabac modernisé, dans lequel une région hypervariable d'immunoglobuline de lymphome a été insérée. Les plantes infectées par le virus modernisé produisaient des anticorps de conformation correcte en quantité suffisante pour une utilisation clinique. 80% des souris qui ont reçu les anticorps ont survécu au lymphome, tandis que toutes les souris qui n'ont pas reçu le vaccin sont mortes. La méthode proposée permet d'obtenir rapidement des anticorps spécifiques au patient en quantité suffisante pour une utilisation clinique.

Les perspectives d'utilisation des plantes pour la production d'anticorps sont grandes. Kevin Uzil et ses collègues ont montré que les anticorps produits par le soja étaient efficaces pour protéger les souris contre l'infection par le virus de l'herpès. Comparés aux anticorps produits dans les cultures cellulaires de mammifères, les anticorps produits par les plantes avaient des propriétés physiques similaires, restaient stables dans les cellules humaines et ne différaient pas dans leur capacité à se lier et à neutraliser le virus. Des essais cliniques ont montré que l'utilisation d'anticorps produits par le tabac inhibait efficacement la multiplication des streptocoques mutants responsables de la carie dentaire.

La création d'un vaccin produit par des pommes de terre contre le diabète insulino-dépendant a été réalisée. Dans les tubercules de pomme de terre, une protéine chimérique s'est accumulée, constituée de la sous-unité B de la toxine cholérique et de la proinsuline. La présence de la sous-unité B permet aux cellules de consommer plus facilement ce produit, ce qui rend le vaccin 100 fois plus efficace. L'administration de tubercules avec des quantités de microgrammes d'insuline à des souris diabétiques a ralenti la progression de la maladie.

Les technologies génétiques dans la lutte contre la pollution de l'environnement. Phytoremédiation

Par ses actions, l'homme est intervenu au cours du développement évolutif de la vie sur Terre et a détruit l'existence de la biosphère indépendante de l'homme. Mais il n'a pas réussi à abolir les lois fondamentales régissant la biosphère et à s'affranchir de leur influence.

Renaît après le prochain cataclysme des foyers restants, s'adaptant et évoluant, la vie a néanmoins toujours eu la direction principale du développement. Il a été déterminé par la loi du développement historique de Rulier, selon laquelle, dans le cadre du progrès de la vie et de l'irréversibilité de l'évolution, tout tend à l'indépendance des conditions environnementales. Dans le processus historique, un tel effort est réalisé en augmentant la complexité de l'organisation, qui s'exprime dans la différenciation croissante de la structure et des fonctions. Ainsi, à chaque tour successif de la spirale de l'évolution, des organismes apparaissent avec un système nerveux de plus en plus complexe et son centre - le cerveau. Scientifiques-évolutionnistes du XIXe siècle. ils ont appelé cette direction de l'évolution "céphalisation" (du grec "céphalon" - cerveau) Cependant, la céphalisation des primates et la complication de leur corps ont finalement mis l'humanité en tant qu'espèce biologique au bord de l'extinction selon la règle biologique de l'accélération évolution, selon laquelle la complication du système biologique signifie une réduction de la durée moyenne d'existence des espèces et une augmentation de la vitesse de son évolution. Par exemple, la durée de vie moyenne d'une espèce d'oiseau est de 2 millions d'années, celle des mammifères de 800 000 ans, celle des formes ancestrales de l'homme de 200 à 500 000 ans. La sous-espèce humaine moderne n'existe, selon certaines idées, que depuis 50 à 100 000 ans, mais de nombreux scientifiques pensent que son potentiel génétique et ses réserves sont épuisés (Dlekseenko, Keisevich, 1997).

Les ancêtres de l'homme moderne ont mis le pied sur le chemin qui intensifie la confrontation avec la biosphère et conduit à la catastrophe il y a environ 1,5 à 3 millions d'années, lorsqu'ils ont commencé à utiliser le feu. A partir de ce moment, les chemins de l'homme et de la biosphère ont divergé, leur opposition a commencé, dont le résultat peut être l'effondrement de la biosphère ou la disparition de l'homme en tant qu'espèce.

L'humanité ne peut abandonner aucune des réalisations de la civilisation, même si elles sont désastreuses : à la différence des animaux qui n'utilisent que des sources d'énergie renouvelables, et en quantités suffisantes pour la capacité de la biosphère à s'auto-reproduire de la biomasse, l'humanité peut exister en utilisant moins des énergies renouvelables que non- vecteurs d'énergie renouvelable et sources d'énergie. Les nouvelles inventions dans le domaine ne font qu'exacerber cette opposition.

L'une des dernières tendances dans l'utilisation des plantes transgéniques est leur utilisation pour la phytoremédiation - nettoyage des sols, des bassins d'eau, etc. - des polluants : métaux lourds, radionucléides et autres composés nocifs.

La pollution de l'environnement par des substances naturelles (pétrole, métaux lourds, etc.) et des composés synthétiques (xénobiotiques), souvent toxiques pour tous les êtres vivants, augmente d'année en année. Comment éviter une nouvelle contamination de la biosphère et éliminer ses foyers existants ? Une des solutions est d'utiliser les technologies génétiques. Par exemple, les organismes vivants, principalement les micro-organismes. Cette approche est appelée « bioremédiation » - biotechnologie visant à protéger l'environnement. Contrairement aux biotechnologies industrielles dont l'objectif principal est d'obtenir des métabolites utiles de micro-organismes, la lutte contre la pollution est inévitablement associée au « rejet » de micro-organismes dans l'environnement, ce qui nécessite une compréhension approfondie de leur interaction avec celui-ci. Les micro-organismes produisent une biodégradation - la destruction de composés dangereux qui ne sont pas un substrat commun pour la plupart d'entre eux. Les voies biochimiques de dégradation des composés organiques complexes peuvent être assez étendues (par exemple, le naphtalène et ses dérivés sont détruits par une douzaine d'enzymes différentes).

La dégradation des composés organiques dans les bactéries est le plus souvent contrôlée par des plasmides. Ils sont appelés plasmides de dégradation, ou D-plasmides. Ils décomposent des composés tels que le salicylate, le naphtalène, le camphre, l'octane, le toluène, le xylène, le biphényle, etc. La plupart des plasmides D ont été isolés dans des souches du sol de bactéries du genre Pseudomonas. Mais d'autres bactéries en ont aussi : Alcalkjenes, Flavobacterium, Artrobacter, etc. Des plasmides contrôlant la résistance aux métaux lourds ont été trouvés dans de nombreux pseudomonades. Comme le disent les experts, presque tous les plasmides D sont conjugatifs, c'est-à-dire sont capables de se transférer indépendamment vers les cellules d'un receveur potentiel.

Les plasmides D peuvent contrôler à la fois les étapes initiales de dégradation d'un composé organique et sa dégradation complète. Le premier type est le plasmide OST, qui contrôle l'oxydation des hydrocarbures aliphatiques en aldéhydes. Les gènes qu'il contient contrôlent l'expression de deux enzymes : l'hydroxylase, qui transforme les hydrocarbures en alcool, et l'alcool déshydrogénase, qui oxyde l'alcool en aldéhyde. Une oxydation supplémentaire est effectuée par des enzymes, pour la synthèse desquelles les gènes des chromosomes sont "responsables". Cependant, la plupart des plasmides D appartiennent au deuxième type.

Les bactéries résistantes au mercure expriment le gène mer A, qui code une protéine pour le transfert et la détoxification du mercure. La construction modifiée du gène mer A a été utilisée pour transformer le tabac, le colza, le peuplier et l'Arabidopsis. En culture hydroponique, les plantes portant ce gène ont été extraites du milieu aquatique jusqu'à 80 % d'ions mercure. Dans le même temps, la croissance et le métabolisme des plantes transgéniques n'étaient pas supprimés. La résistance au mercure s'est transmise à travers les générations de graines.

Lors de l'introduction de trois constructions modifiées du gène mer A dans un tulipier (Liriodendron tulipifera), les plantes d'une des lignées obtenues se sont caractérisées par une vitesse de croissance rapide en présence de concentrations de chlorure de mercure (HgCl 2) dangereuses pour les plantes témoins. . Les plantes de cette lignée ont absorbé et converti en une forme élémentaire de mercure moins toxique et ont évaporé jusqu'à 10 fois plus de mercure ionique que les plantes témoins. Les scientifiques pensent que le mercure élémentaire vaporisé par les arbres transgéniques de cette espèce se dissipera immédiatement dans l'air.

Les métaux lourds font partie intégrante des polluants terrestres utilisés dans la production agricole. Dans le cas du cadmium, on sait que la plupart des plantes l'accumulent dans les racines, tandis que certaines plantes, comme la laitue et le tabac, l'accumulent principalement dans les feuilles. Le cadmium pénètre dans le sol principalement à partir d'émissions industrielles et en tant qu'impureté dans les engrais phosphorés.

L'une des approches pour réduire l'apport de cadmium dans le corps humain et animal peut être la production de plantes transgéniques qui accumulent une plus petite quantité de ce métal dans les feuilles. Cette approche est intéressante pour les espèces végétales dont les feuilles sont utilisées pour l'alimentation humaine ou animale.

Vous pouvez également utiliser des métallothionéines, de petites protéines riches en cystéine qui peuvent se lier aux métaux lourds. Il a été démontré que la métallothionéine de mammifère est fonctionnelle dans les plantes. Des plantes transgéniques exprimant des gènes de métallothionéines ont été obtenues et il a été montré que ces plantes étaient plus résistantes au cadmium que les témoins.

Les plantes transgéniques avec le gène hMTII de mammifère avaient une concentration de cadmium inférieure de 60 à 70 % dans les tiges par rapport au témoin, et le transfert de cadmium des racines aux tiges était également réduit - seulement 20 % du cadmium absorbé a été transporté vers les tiges .

Les plantes sont connues pour accumuler des métaux lourds en les extrayant du sol ou de l'eau. La phytoremédiation repose sur cette propriété, subdivisée en phytoextraction et rhizofiltration. La phytoextraction fait référence à l'utilisation de plantes à croissance rapide pour extraire les métaux lourds du sol. La rhizofiltration est l'absorption et la concentration des métaux toxiques de l'eau par les racines des plantes. Les plantes qui ont absorbé des métaux sont compostées ou brûlées. Les plantes diffèrent nettement dans leur capacité de stockage. Ainsi, les choux de Bruxelles peuvent accumuler jusqu'à 3,5% de plomb (sur la base du poids sec des plantes) et ses racines jusqu'à 20%. Cette plante accumule également avec succès le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, etc. La phytoremédiation est également prometteuse pour la purification du sol et de l'eau des radionucléides. Mais les composés organiques toxiques ne sont pas décomposés par les plantes, il est plus prometteur d'utiliser ici des micro-organismes. Bien que certains auteurs insistent sur la réduction de la concentration des polluants organiques lors de la phytoremédiation, ceux-ci sont majoritairement détruits non pas par les plantes, mais par des micro-organismes vivant dans leur rhizosphère.

Le fixateur d'azote symbiotique de la luzerne, Rhlzobium melitotj, a été intégré à un certain nombre de gènes qui décomposent l'essence, la toluine et le xylène contenus dans le carburant. Le système racinaire profond de la luzerne permet de nettoyer le sol contaminé par des produits pétroliers à une profondeur de 2 à 2,5 mètres.

Rappelons que la plupart des xénobiotiques sont apparus dans l'environnement au cours des 50 dernières années. Mais dans la nature, il existe déjà des micro-organismes capables de les utiliser. Cela suggère que dans les populations de micro-organismes, les événements génétiques se produisent assez rapidement, ce qui détermine leur évolution, plus précisément la microévolution. Le nombre de xénobiotiques en lien avec notre civilisation technogénique étant de plus en plus important, il est important d'avoir une compréhension générale du métabolisme des micro-organismes, et de leurs capacités métaboliques. Tout cela nécessitait le développement d'une nouvelle science - la métabolomique. Il est basé sur le fait que les bactéries peuvent acquérir la capacité de traiter de nouveaux composés à la suite de mutations. En règle générale, cela nécessite plusieurs mutations successives ou l'insertion de nouveaux systèmes de gènes à partir de ceux déjà existants dans d'autres types de micro-organismes. Par exemple, pour la décomposition d'un composé organique halogéné stable, une information génétique est nécessaire, qui se trouve dans les cellules de divers micro-organismes. Dans la nature, cet échange d'informations se produit en raison du transfert horizontal de gènes, et dans les laboratoires, des méthodes de technologie de l'ADN tirées de la nature sont utilisées.

Le développement ultérieur de la phytoremédiation et de la bioremédiation est un problème complexe associé, en particulier, à l'utilisation de plantes et de micro-organismes de la rhizosphère. Les plantes extrairont avec succès les métaux lourds du sol et les bactéries de la rhizosphère décomposeront les composés organiques, augmentant l'efficacité de la phytoremédiation, favorisant la croissance des plantes et les plantes - le développement de micro-organismes vivant sur leurs racines.

La pollution de l'environnement peut être considérée comme une maladie des écosystèmes, et la biorestauration peut être considérée comme un traitement. Elle doit également être considérée comme la prévention de nombreuses maladies humaines causées par la pollution de l'environnement. Par rapport à d'autres méthodes de nettoyage, celle-ci est beaucoup moins chère. Avec la pollution diffuse (pesticides, pétrole et produits pétroliers, trinitrotoluène, qui a contaminé de nombreux terrains), il n'y a pas d'alternative. En nettoyant l'environnement de la pollution, il est important de prioriser correctement, en minimisant les risques associés à telle ou telle pollution, et en tenant compte des propriétés d'un composé particulier et de son effet, en premier lieu, sur la santé humaine. Il existe un besoin d'actes législatifs et de règles régissant l'introduction de micro-organismes GM dans l'environnement, avec lesquels il existe des espoirs particuliers pour l'élimination de tout polluant. Contrairement à la biotechnologie industrielle, où il est possible de contrôler strictement tous les paramètres du processus technologique, la bioremédiation est réalisée dans un système ouvert, où un tel contrôle est difficile. Dans une certaine mesure, c'est toujours un "savoir-faire", une sorte d'art.

L'intérêt des micro-organismes dans l'épuration des produits pétroliers a été pleinement démontré lorsqu'après la catastrophe du pétrolier, 5000 m 3 de pétrole se sont déversés en mer au large des côtes de l'Alaska. Environ 1,5 mille km de côtes ont été contaminés par le pétrole. Le nettoyage mécanique a impliqué 11 000 travailleurs et divers équipements (il a coûté 1 million de dollars par jour). Mais il y avait une autre voie : dans le même temps, une fertilisation azotée était introduite dans le sol pour nettoyer le littoral, ce qui accélérait le développement des communautés microbiennes naturelles. Cette décomposition de l'huile accélérée 3 à 5 fois. En conséquence, la pollution, dont les conséquences, selon les calculs, pourraient affecter même après 10 ans, a été complètement éliminée en 2 ans, dépensant moins de 1 million de dollars en bioremédiation.

Le développement de la bioremédiation, les technologies et les méthodes de son application nécessitent une approche interdisciplinaire et la coopération de spécialistes dans le domaine de la génétique et de la biologie moléculaire, de l'écologie et d'autres disciplines. Ainsi, les domaines d'utilisation du génie génétique sont très divers et étendus, et certains d'entre eux sont fantastiques et en même temps très prometteurs en termes de résultats atteignables.

L'étude de la réaction des organismes vivants aux changements environnementaux est extrêmement importante pour évaluer l'impact de ces changements, en particulier ceux d'origine anthropique, sur la biodiversité, dont la préservation est la tâche la plus importante de la civilisation humaine.

Selon l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), le marché potentiel de la bioremédiation s'élève à plus de 75 milliards de dollars. L'introduction accélérée des biotechnologies pour la protection de l'environnement est notamment due au fait qu'elles sont beaucoup moins chères que les autres traitements. les technologies. Selon l'OCDE, la bioremédiation est d'une importance locale, régionale et mondiale, et les organismes naturels et les OGM seront de plus en plus utilisés pour la purification.

Biocarburants

Compte tenu des réserves limitées d'énergie fossile, une attention particulière doit désormais être portée à la possibilité d'utiliser de nouveaux types de combustibles - méthane, hydrogène, etc., ainsi que des sources d'énergie renouvelables. Cependant, dans le bilan énergétique général, des sources d'énergie respectueuses de l'environnement telles que l'énergie du soleil, les courants marins, l'eau, le vent, etc., ne peuvent représenter plus de 20 % de leur production totale. Dans cette situation, l'une des sources d'énergie renouvelables les plus prometteuses est la biomasse, dont l'utilisation est en constante amélioration. Parallèlement, parallèlement à la combustion directe, les procédés de bioconversion sont largement utilisés, par exemple l'alcool et la fermentation anaérobie, la conversion thermique, la gazéification, la pyrolyse, etc. utilisés comme additif pour carburant à la place du pétrole importé. Dans le même but, l'exploitation des bosquets naturels de vigne noire, qui occupe environ 6 millions d'hectares dans les régions du nord-est du pays, a commencé.

Si en Inde, en Chine et dans certains autres pays, les déchets agricoles sont utilisés pour obtenir du biogaz, alors en Suède, en Allemagne, au Brésil, aux États-Unis et au Canada, les cultures agricoles sont spécialement cultivées pour la production d'éthanol. Un substitut efficace aux combustibles fossiles est le colza et l'huile de colza, dont les formes printanières peuvent être cultivées en Russie jusqu'au cercle polaire arctique. Le soja, le tournesol et d'autres cultures peuvent également être une source d'huiles végétales pour la production de biocarburants. La canne à sucre est de plus en plus utilisée pour produire de l'éthanol-carburant au Brésil et le maïs est utilisé aux États-Unis.

Le coefficient de production énergétique (le rapport de l'équivalent énergétique total des produits utiles à tous les coûts énergétiques pour sa production) est de 1,3 pour la betterave sucrière ; graminées fourragères - 2,1 ; colza - 2,6; paille de blé - 2.9. Parallèlement, grâce à l'utilisation de 60 cents de paille de blé comme matière première de chaque hectare, il est possible d'obtenir 10 000 m 3 de gaz générateur, soit 57,1 GJ.

En raison de l'épuisement rapide des ressources naturelles de pétrole, de gaz et de charbon dans de nombreux pays, une attention particulière est accordée aux plantes dites oléagineuses - Euphorbia lathyris (euphorbia) et E.tirucallii de la famille des euphorbes (Kupharbiacea), contenant latex, dont la composition en terpènes est proche dans ses caractéristiques d'une huile de haute qualité. Dans le même temps, le rendement en matière sèche de ces plantes est d'environ 20 t / ha, et le rendement d'un produit de type huileux dans les conditions du nord de la Californie (c'est-à-dire dans une zone de 200 à 400 mm de précipitations par an) peut atteindre 65 barils de matières premières par hectare. Par conséquent, il est plus rentable de cultiver des substituts végétaux aux combustibles fossiles, puisque plus de 3 600 pétrodollars peuvent être obtenus à partir de chaque hectare, ce qui en équivalent grain s'élèvera à 460 centimes/ha, soit 20 fois le rendement moyen du blé aux États-Unis et au Canada. Si nous rappelons le slogan américain bien connu "pour chaque baril de pétrole, il y a un boisseau de céréales", alors aux prix actuels du pétrole, du gaz et des céréales, cela signifie un échange - 1 dollar de grain pour environ 25 pétrodollars. Bien entendu, un baril de pétrole ne remplacera pas un boisseau de céréales au sens littéral, et loin de toutes les zones pourront cultiver ce type de plantes. Mais l'obtention de carburants alternatifs grâce à la sélection végétale ciblée transforme également la composante technologique et énergétique des agrophytocénoses hautement productives en un facteur reproductible et respectueux de l'environnement pour l'intensification de la production végétale, et, bien sûr, c'est l'une des solutions les plus indolores pour des États comme l'Ukraine - d'utiliser à grande échelle les plantes comme ressources renouvelables, dont l'énergie (biodiesel, lubrifiants, etc.). Par exemple, la production de colza d'hiver fournit déjà un ratio de 1:5 entre la consommation d'énergie et la production d'énergie.

OGM et biodiversité

Le moment fondamental de l'étape moderne de la sélection est une compréhension claire que la base de son développement, y compris l'utilisation de techniques de génie génétique, est la biodiversité.

L'évolution du règne végétal a suivi la voie de l'augmentation du nombre d'espèces et de leur « spécialisation écologique ». Ce fait indique le danger d'une diminution de la diversité biologique (génétique) dans la biosphère en général et dans les agroécosystèmes en particulier. Une forte réduction des espèces et de la diversité génétique a réduit non seulement la résistance de la production végétale aux caprices du temps et du changement climatique, mais aussi la capacité d'utiliser plus efficacement l'énergie solaire et d'autres ressources inépuisables de l'environnement naturel (carbone, oxygène, hydrogène, azote et autres éléments biophiles), qui, comme on le sait, représentent 90 à 95 % de la matière sèche de la phytomasse. De plus, cela conduit à la disparition de gènes et de combinaisons de gènes qui pourraient être utilisés dans les travaux de sélection du futur.

Un même espace, soulignait Charles Darwin (1859), peut donner plus de vie, plus diverses sont les formes qui l'habitent. Chaque espèce végétale cultivée, en lien avec son histoire évolutive et le travail spécifique de l'obtenteur, se caractérise par son propre « passeport agroécologique », c'est-à-dire le confinement de la taille et de la qualité de la récolte à une certaine combinaison de température, d'humidité, d'éclairage, la teneur en éléments nutritifs minéraux, ainsi que leur répartition inégale dans le temps et dans l'espace. Par conséquent, une diminution de la diversité biologique dans les paysages agricoles réduit, entre autres, la possibilité d'une utilisation différenciée des ressources naturelles et, par conséquent, la mise en œuvre de rentes foncières différentielles de types I et II. Dans le même temps, la stabilité écologique des agroécosystèmes est affaiblie, en particulier dans des conditions pédologiques, climatiques et météorologiques défavorables.

L'ampleur de la catastrophe provoquée par la défaite de la pomme de terre par le mildiou et le nématode, la perte catastrophique de blé due à la défaite de la rouille, du maïs due à l'épiphytotie des helminthosporiose, la destruction des plantations de roseaux due à des virus, etc. sont connues. .

Une forte baisse de la diversité génétique des espèces végétales cultivées au début du 21e siècle est clairement démontrée par le fait que sur 250 000 espèces de plantes à fleurs au cours des 10 000 dernières années, l'homme a introduit dans la culture 5 à 7 000 espèces, dont seulement 20 cultures (dont 14 appartiennent aux céréales et aux légumineuses) constituent la base de l'alimentation moderne de la population mondiale. En général, à ce jour, environ 60% des produits alimentaires sont produits grâce à la culture de plusieurs céréales, et plus de 90% des besoins humains en nourriture sont fournis par 15 espèces de plantes agricoles et 8 espèces animales domestiquées. Ainsi, sur 1940 millions de tonnes de production céréalière, près de 98% tombent sur le blé (589 millions de tonnes), le riz (563 millions de tonnes), le maïs (604 millions de tonnes) et l'orge (138 millions de tonnes). Sur les 22 types de riz connus (genre Oryza), seuls deux sont largement cultivés (Oryza glaberrima et O.sativa). Une situation similaire s'est développée avec les légumineuses, dont la production brute des 25 espèces les plus importantes n'est que d'environ 200 millions de tonnes, dont la plupart sont le soja et l'arachide, cultivés principalement comme oléagineux. Pour cette raison, la variété des composés organiques dans l'alimentation humaine a considérablement diminué. On peut supposer que pour Homo sapiens, en tant que l'une des espèces biologiques, le besoin d'une grande variabilité biochimique de la nourriture est enregistré dans la "mémoire" évolutive. Par conséquent, la tendance à la hausse de son uniformité peut avoir les conséquences les plus négatives pour la santé. En raison de la large propagation des maladies oncologiques, de l'athérosclérose, de la dépression et d'autres maladies, l'attention est attirée sur le manque de vitamines, de substances toniques, de graisses polyinsaturées et d'autres substances biologiquement précieuses.

De toute évidence, l'échelle de son utilisation est un facteur important dans la propagation d'une culture de valeur particulière. Ainsi, l'augmentation rapide de la superficie du soja et du maïs aux États-Unis et dans d'autres pays est due à la production de centaines de noms de produits correspondants. La tâche de diversification est très pertinente pour d'autres cultures (du sorgho, par exemple, ils ont commencé à obtenir de la bière de haute qualité, du seigle - whisky, etc.).

L'augmentation de la superficie cultivée de cultures aussi précieuses que le sarrasin (Fagopyrum), qui a des capacités d'adaptation élevées dans diverses conditions environnementales, y compris défavorables, l'amarante (Amaranthus), mérite plus d'attention en termes de résolution des problèmes interdépendants d'une alimentation saine et d'augmentation de la diversité des espèces des agroécosystèmes, le quinoa (Chenopodium quinoa), le colza, la moutarde ou encore la pomme de terre.

Avec le développement des découvertes géographiques et du commerce mondial, l'introduction de nouvelles espèces végétales s'est généralisée. Des monuments écrits témoignent, par exemple, que dès 1500 av. Le pharaon égyptien Hatchepsout a envoyé des navires en Afrique de l'Est pour collecter des plantes utilisées dans les cérémonies religieuses. Au Japon, il y a un monument à Taji Mamori, qui, sur ordre de l'empereur, s'est rendu en Chine pour récolter des plants d'agrumes. Le développement de l'agriculture a joué un rôle particulier dans la mobilisation des ressources phytogénétiques. D'après l'histoire des États-Unis, on sait que dès 1897 Niels Hansen est arrivé en Sibérie à la recherche de luzerne et d'autres plantes fourragères capables de pousser avec succès dans les conditions arides et froides des prairies nord-américaines. On pense que c'est à partir de la Russie à cette époque que des cultures fourragères aussi importantes que le feu, les porcs, la fétuque, le hérisson, la courbure blanche, la luzerne, le trèfle et bien d'autres ont été introduites aux États-Unis. À peu près à la même époque, Mark Carleton collectait des variétés de blé en Russie, dont la variété Kharkov a occupé pendant une longue période plus de 21 millions d'acres par an aux États-Unis et est devenue la base de la production de blé dur dans les plaines du Nord (Zhuchenko, 2004).

L'introduction de nouvelles espèces végétales dans la culture se poursuit actuellement. Dans les Andes péruviennes, une variété de lupin (tarvi) a été trouvée, qui était consommée par les ancêtres des Indiens modernes, qui surpasse même le soja en teneur en protéines. De plus, le tarvi résiste aux basses températures, peu exigeant pour la fertilité du sol. Les éleveurs ont réussi à obtenir des formes de tarvi contenant moins de 0,025 % d'alcaloïdes contre 3,3 % dans le matériel de départ. Les espèces économiques comprennent également l'herbe australienne (Echinochloa lurnerana), qui peut être une excellente culture semblable au mil pour les zones très arides. Parmi les cultures prometteuses, l'espèce Bauhinia esculenta mérite l'attention, qui, comme Psophocarpus tetragonolobus, forme des tubercules, et ses graines contiennent plus de 30% de protéines et de matières grasses. Dans des conditions très arides, on peut utiliser l'espèce Voandzeia subterranea, qui est non seulement riche en protéines, mais aussi plus tolérante à la sécheresse que les arachides, et aussi mieux résistante aux maladies et aux ravageurs. Pour les terres oléagineuses arides et stériles, Cucurbita foetidissima de la famille des Cucurbitacées est considérée comme prometteuse, et pour les pâturages salins, certaines espèces du genre Atriplex de la famille des Chénopodiacées, qui sécrètent un excès de sel à travers les feuilles.

Actuellement, dans de nombreux pays du monde, un travail de sélection active est en cours avec l'amarante (Amaranthus), une culture oubliée des Incas, dont les graines, par rapport aux espèces végétales à épis de céréales utilisées, contiennent deux fois plus de protéines, dont 2 à 3 fois plus de lysine et de méthionine, 2 à 4 fois plus de matières grasses, etc. Des lignées de maïs ont été trouvées qui, du fait de la présence de la bactérie Spirillum lipoferum sur leurs racines, fixent l'azote atmosphérique dans la même quantité que les plants de soja. Il a été constaté que les bactéries fixatrices d'azote fonctionnent également sur les racines d'un certain nombre d'espèces de graminées tropicales, assimilant l'azote non moins activement que les bactéries du genre Rhizobium dans les légumineuses. Ainsi, il a été possible de trouver des espèces de graminées tropicales capables de fixer jusqu'à 1,7 kg d'azote par jour et par hectare, soit 620kg/an.

Dans de nombreux pays, dont l'Europe, la pomme de terre est la principale source de vitamine C, car elle est consommée en grande quantité. On sait que la production de pommes de terre dans le monde est d'environ 300 millions de tonnes.

Parallèlement, sur 154 espèces de pomme de terre connues, une seule, Solanum tuberosum, était omniprésente. Il est évident qu'en relation avec les possibilités accrues de sélection pour augmenter la productivité potentielle des plantes, ainsi que la nécessité d'augmenter la stabilité écologique des agrocénoses et le développement de zones peu utiles pour la culture des plantes, l'ampleur de l'activité humaine à introduire de nouvelles espèces végétales dans la culture augmentera considérablement. En définitive, la sélection « inconsciente » (terme de Darwin) et consciente a conduit au fait que le potentiel adaptatif des plantes cultivées diffère significativement de celui de leurs ancêtres sauvages, non seulement en raison de différences dans les critères d'adaptabilité eux-mêmes, mais aussi dans ses principales composantes. : productivité potentielle, résistance aux stress abiotiques et biotiques, teneur en substances économiquement intéressantes.

Parallèlement à la préservation du patrimoine génétique végétal dans les réserves, les sanctuaires de faune et les éco-parcs nationaux, c'est-à-dire in situ, la création de « banques de gènes » ou de « banques de matériel génétique » pour assurer la préservation sûre des collections ex situ jouera un rôle de plus en plus important dans la période à venir. L'initiateur de l'organisation de cette dernière était N.I. Vavilov, qui a rassemblé au VIR la plus grande banque de ressources végétales au monde à cette époque, qui a servi d'exemple et de base à toutes les banques suivantes, et surtout, a plus d'une fois sauvé un certain nombre de pays de la dévastation et de la faim ( par exemple, grâce à la présence de gènes de résistance dans la banque de gènes VIR).

Grâce à la continuation de l'idéologie de N.I. Vavilov, à la fin des années 90, les collections de plantes nationales et internationales comptaient plus de 6 millions d'échantillons, dont plus de 1,2 million de céréales, 400 000 légumineuses alimentaires, 215 000 fourrages, 140 000 légumes, plus de 70 000 plantes-racines. Parallèlement, 32 % des échantillons sont conservés en Europe, 25 % - en Asie, 12 % - en Amérique du Nord, 10 % chacun - en Amérique latine et dans les Centres internationaux, 6 % - en Afrique, 5 % - dans le Moyen-Orient.

Les États-Unis (550 000), la Chine (440 000), l'Inde (345 000) et la Russie (320 000) sont les détenteurs des plus importants en termes de quantité et de qualité d'échantillons de collections génétiques. Parallèlement à la conservation des ressources végétales dans les banques de gènes, la création de réserves naturelles de flore et de faune se généralise. En raison de l'intégration considérablement accrue du marché alimentaire mondial, les échanges de ressources phytogénétiques entre les pays ont également augmenté de manière significative. Au cœur de ces processus se trouve la compréhension qu'aucun pays ou région n'est autosuffisant en termes de fourniture de ressources génétiques. La création de jardins botaniques nationaux dans plusieurs pays a contribué à la mobilisation des ressources génétiques. Parmi eux, par exemple, le jardin botanique, créé à Londres en 1760 et important en permanence des espèces végétales exotiques des pays coloniaux.

Actuellement, le Conseil international pour les ressources phytogénétiques (IBPGR) coordonne les travaux sur la conservation du patrimoine génétique des plantes dans le monde. Depuis 1980, le Programme européen de coopération dans le domaine des ressources génétiques a été mis en œuvre. Un rôle important à cet égard est également joué par la Commission de la FAO sur les ressources phytogénétiques, les décisions des conférences internationales, adoptées en 1992, la Convention sur la diversité biologique. Parallèlement, des banques de gènes de différents types fonctionnent. Certains d'entre eux ne soutiennent qu'une seule culture et ses parents sauvages, d'autres - plusieurs cultures d'un certain sol et d'une certaine zone climatique ; tandis que certains contiennent des collections de base pour le stockage à long terme, tandis que d'autres sont axés sur la satisfaction des besoins des centres de sélection et des instituts de recherche. Ainsi, dans la banque de gènes de Kew Gardens (Angleterre) seules les plantes sauvages (environ 5000 espèces) sont stockées.

La stratégie adaptative d'intensification agricole met en avant des exigences qualitativement nouvelles pour la mobilisation des ressources végétales mondiales en termes de collecte, de stockage et d'utilisation du patrimoine génétique, y compris l'introduction de nouvelles espèces végétales en culture. À l'heure actuelle, plus de 25 000 espèces de plantes supérieures sont menacées de destruction complète dans le monde, y compris en Europe - un tiers des 11,5 000 espèces. De nombreuses formes primitives de blé, d'orge, de seigle, de lentilles et d'autres cultures ont été perdues à jamais. Les variétés locales et les espèces adventices disparaissent particulièrement rapidement. Donc, si en Chine et en Inde au début des années 50. XXe siècle des milliers de variétés de blé ont été utilisées, alors déjà dans les années 70 - seulement des dizaines. Dans le même temps, chaque espèce, écotype, cultivar local est un complexe unique de blocs de gènes co-adaptés créés au cours d'une sélection naturelle ou artificielle à long terme, qui assurent finalement l'utilisation la plus efficace des ressources naturelles et anthropiques dans une niche écologique particulière.

La compréhension de la nature rétrospective de la « mémoire » évolutive des plantes supérieures indique clairement la nécessité de préserver la diversité des espèces de la flore non seulement dans les banques de gènes et les centres de ressources génétiques, mais aussi dans les conditions naturelles, c'est-à-dire dans un état de système dynamique en constante évolution. Dans le même temps, la création de collections génétiques de systèmes génétiques pour transformer l'information génétique, y compris les systèmes res, les mutants mei, les gènes gamétocides, les structures polyploïdes, les différents types de systèmes de recombinaison, les systèmes d'isolement reproductif, etc., mérite beaucoup plus d'attention. Il est clair qu'ils peuvent être essentiels pour le développement de la sélection du futur utilisant les technologies du génie génétique. Il est également important d'identifier et de préserver les déterminants génétiques de la formation de systèmes homéostatiques stables, de réactions synergiques, cumulatives, compensatoires et autres cénotiques qui fournissent un "tampon" écologique et un équilibre dynamique de l'environnement biocénotique. Des traits végétaux génétiquement déterminés tels que la compétitivité, les interactions allélopathiques et symbiotiques et d'autres effets de formation de l'environnement réalisés au niveau biocénotique méritent également plus d'attention. Une attention particulière doit être accordée aux espèces végétales présentant une résistance constitutive aux facteurs de stress environnementaux. On sait que dans la seconde moitié du XXe siècle. dans un certain nombre de pays, la superficie consacrée à ce type de cultures a considérablement augmenté (parfois de 60 à 80 fois).

Actuellement, il existe plus de 1 460 banques de gènes nationales opérant dans le monde, dont environ 300 grandes, dans lesquelles, dans des conditions ex situ, le stockage garanti d'échantillons de plantes cultivées et de leurs parents sauvages est assuré. Les collections ex situ sont également conservées par les jardins botaniques, qui sont au nombre d'environ 2 000 dans le monde (environ 80 000 espèces végétales, 4 millions d'échantillons et 600 banques de graines). Leur présence est signe de souveraineté nationale, de niveau de culture, de préoccupation pour l'avenir du pays et du monde. En 2002, plus de 532 000 spécimens de plantes étaient conservés dans des centres internationaux sous le contrôle du groupe consultatif FDO, dont 73% appartiennent à des races traditionnelles et locales, ainsi qu'à des parents sauvages de plantes cultivées. Comme le note Dleksanyan (2003), le concept de « banque de gènes » et de « collection ex silu » doit être distingué. Si le premier est le stockage garanti du patrimoine génétique dans des locaux spécialement aménagés, alors les "collections ex situ" comprennent des échantillons qui intéressent leurs détenteurs.

Au début des années 50. XX siècle, la première variété de riz semi-nain a été obtenue en utilisant le gène nain de la variété chinoise Fee-geo-woo, et la variété de blé Gaines sur les terres irriguées du Pacifique Nord-Ouest des États-Unis a donné une récolte record de 141 kg/ha. En 1966, la variété IR 8 a été créée, qui a reçu le surnom de « riz miracle ». Avec une haute technologie agricole, ces variétés ont donné 80 et même 130 c/ha. Des résultats similaires ont été obtenus avec le mil. Alors que les anciennes variétés avaient un indice de rendement de 30 à 40 %, les nouvelles en avaient 50 à 60 % et plus.

Les possibilités supplémentaires d'augmenter les rendements en augmentant l'indice de rendement sont limitées. Par conséquent, une plus grande attention devrait être accordée à l'augmentation de la quantité de photosynthèse nette. Il est nécessaire de se concentrer sur la grande hétérogénéité des espèces et des variétés des agroécosystèmes et des paysages agricoles dans les conditions de production des grandes cultures, ainsi que la sélection des cultures d'assurance, ainsi que des cultures et des variétés mutuellement assurées, comprend une approche différenciée de la mise en œuvre de l'adaptation potentiel de chacun d'eux. La productivité potentielle élevée de la variété et de l'agroécosystème, obtenue en (et parfois en) réduisant leur résistance écologique aux facteurs environnementaux limitant la taille et la qualité de la culture, ainsi que le fonctionnement d'une durabilité écologique excessivement consommatrice de bioénergie, ne peuvent être considérés comme adaptatif, car pour les plantes cultivées, le principal indicateur d'adaptabilité en dernière analyse est d'assurer une valeur et une qualité élevées de la récolte. Les pools de gènes accumulés dans les banques de gènes peuvent être une source de sélection scientifiquement fondée pour créer les variétés nécessaires.

Il convient de souligner que des millions d'accessions ont été collectées dans les banques de gènes mondiales de plantes cultivées ; cependant, jusqu'à présent, seulement 1% d'entre elles ont été étudiées par rapport à leurs propriétés potentielles (Zhuchenko, 2004). Dans le même temps, le contrôle et l'amélioration de leur composante génétique - les pools génétiques des espèces agricoles, qui déterminent les caractéristiques des agrosystèmes locaux - sont d'une importance primordiale pour la création de systèmes agricoles durables.