Reimatoīdā artrīta ārstēšana ar pamata slimību modificējošiem pretreimatisma līdzekļiem (PDMD)

Reimatoīdā artrīta ārstēšanā zāles lieto, lai palēninātu locītavu erozijas progresēšanu. Šīs ir pamata slimību modificējošas pretreimatisma zāles (DMP), kas ir svarīga kopējās ārstēšanas programmas sastāvdaļa. Kādas ir šīs zāles un kā tās darbojas?

Slimību modificējošas zāles iedarbojas uz imūnsistēmu, lai palēninātu reimatoīdā artrīta progresēšanu, no kurienes cēlies to nosaukums. Ir daudz dažādu zāļu, kas ietilpst DMARD kategorijā, taču dažas no tām ir visbiežāk lietotās:

Rheumatex (metotreksāts)- galvenā narkotika BPRP kategorijā. Tas darbojas tāpat kā citas zāles un daudzos gadījumos ir efektīvāks. Tas ir arī salīdzinoši lēts un lielākoties drošs. Tāpat kā citiem ACVN, metotreksātam ir vairākas blakusparādības: tas var izraisīt kuņģa darbības traucējumus, var būt toksisks aknām vai kaulu smadzenēm un var ietekmēt grūtniecību. Retos gadījumos tas izraisa elpošanas grūtības. Lietojot metotreksātu, svarīga ir laba cirkulācija. Vienlaicīga folijskābes lietošana var samazināt dažas blakusparādības. Svarīgākā metotreksāta priekšrocība ir tā, ka to var lietot ilgu laiku. Zāles var ievadīt arī bērniem.

Bioloģiskie aģenti: Enbrel (etanercet), Humira (adalimumabs), Kineret (anakinra), Orentia (abatacet), Remikad (infliksimabs) un Rituxan (rituksimabs). Šīs ir jaunākās zāles reimatoīdā artrīta ārstēšanai, ievadītas subkutāni vai intravenozi. Tie neitralizē imūnsistēmas darbību, kas bojā locītavas. Kombinācijā ar metotreksātu šīs zāles palīdz lielākajai daļai cilvēku pārvarēt reimatoīdā artrīta simptomus. Pētījumi liecina, ka šīm zālēm ir mazāk blakusparādību nekā citiem ACVN. Viena no komplikācijām ir paaugstināta uzņēmība pret akūtām infekcijas slimībām. Šīs zāles var nelabvēlīgi ietekmēt aknu un asins stāvokli, un tās jālieto piesardzīgi, ja ir hroniskas sirds slimības. Citas iespējamās blakusparādības var parādīties tikai pēc ilgstošas ​​zāļu lietošanas.

Plaquenil (hidroksihlorokvīns) un Azulfidīns(sulfasalīns ) lieto vidēji smaga reimatoīdā artrīta gadījumā. Tie nav tik spēcīgi kā citi ACVN, taču tiem ir mazāk blakusparādību. Retos gadījumos Plaquenil negatīvi ietekmē acis. Pacienti, kuri lieto šīs zāles, katru gadu jāpārbauda oftalmologam.

Minocīns (minociklīns)- antibiotika, kas var apturēt RA iekaisuma procesu. Tās iedarbība parādās pēc dažiem mēnešiem. Citos gadījumos paiet gads, līdz parādās visas blakusparādības. Ilgstoši lietojot, minociklīns var izraisīt ādas pigmentāciju.

Arava (leflunomīds) darbojas kā metotreksāts un ir efektīvāks kombinācijā ar to. Zāles rada līdzīgas blakusparādības. Arava var izraisīt caureju, tādā gadījumā tā lietošana jāpārtrauc. Tā kā Arava negatīvi ietekmē augli, tas ir kontrindicēts sievietēm grūtniecības laikā.

Neoral (azatioprīns) to lieto dažādām slimībām, ko pavada iekaisums, ieskaitot reimatoīdo artrītu. Tomēr, tā kā tā negatīvi ietekmē nieru darbību un citas blakusparādības, to parasti lieto reimatoīdā artrīta paasinājumu ārstēšanai, ja citas zāles ir neefektīvas.

Imunārs (azatioprīns) lieto dažādiem iekaisuma stāvokļiem, ieskaitot reimatoīdo artrītu. Visbiežāk novērotās blakusparādības ir slikta dūša un vemšana, dažreiz sāpes vēderā un caureja. Ilgstoša azatioprīna lietošana palielina vēža attīstības iespējamību.

DMARD palēnina reimatoīdā artrīta progresēšanas ātrumu un palīdz daudziem cilvēkiem uzlabot dzīves kvalitāti. Dažos gadījumos var rasties remisija. Būtībā zāles nodrošina slimības progresēšanas ātruma palēnināšanos.

Viena PDRP vai to kombinācijas lietošana var pagarināt asimptomātisko reimatoīdā artrīta gaitu un atvieglot slimības akūtās izpausmes. Jūsu locītavām būs nepieciešams mazāk laika, lai šūpotos no rīta. Nākamajā pārbaudē reimatologs var ieteikt, ka pēdējos rentgena staros nav jaunu bojājumu. Arī regulāra BPRP lietošana samazina ilgstoša destruktīva procesa iespējamību locītavās.

Vai BPRP ir droši? Visus FDP apstiprina ASV Pārtikas un zāļu pārvalde. Daudzi cilvēki lieto šīs zāles bez jebkādām blakusparādībām.

Tomēr, iedarbojoties uz reimatoīdā artrīta simptomiem, PDBM ietekmē visu ķermeni, un to spēcīgā darbība mēdz izraisīt dažas blakusparādības. Pastāv šādas tipiskas PDBM blakusparādības:

Kuņģa darbības traucējumi. DMARD bieži izraisa sliktu dūšu, dažreiz vemšanu un caureju. Šos simptomus var ārstēt ar citām zālēm. Komplikācijas arī izzūd, kad organisms pierod pie narkotikām. Ja simptomi ir nepatīkami, reimatologs izrakstīs citu līdzekli.

Aknu darbības traucējumi. Šī komplikācija ir retāk sastopama nekā gremošanas traucējumi. Jums būs jāveic regulāras asins analīzes, lai pārbaudītu aknu bojājumus.

Asins stāvoklis. DMARD var izraisīt imūnsistēmas darbības traucējumus un palielināt infekcijas slimību risku. Tas var arī samazināt balto asins šūnu līmeni, kas aizsargā ķermeni no infekcijām. Zems sarkano asins šūnu skaits (anēmija) palielina nogurumu. Vienkāršs tests, kas tiek veikts regulāri, palīdzēs kontrolēt sarkanās asins šūnas.

Raksta publicēšanas datums: 08.08.2016

Raksta atjaunināšanas datums: 28.01.

Artrīts ir vispārējs nosaukums dažādu izcelsmes iekaisuma slimību grupai. Vienu vai vairāku locītavu iekaisums vienlaikus var būt gan neatkarīga slimība, gan ķermeņa sistēmiskās patoloģijas izpausme.

Kas ir artrīts visvienkāršākajā nozīmē? Vienkārši sakot, tas ir skrimšļa iekaisums, sinoviālā membrāna, kapsula, locītavu šķidrums un citi locītavas elementi.

Ir vairāk nekā 10 artrīta veidu (vairāk par tiem - vēlāk rakstā). Dažādu slimības veidu attīstības mehānisms ir gandrīz vienāds, izņemot dažas nianses.

Patoloģija negatīvi ietekmē pacienta dzīves kvalitāti, tās galvenos simptomus: sāpju sindromu, skartās vietas pietūkumu un apsārtumu, vietējo temperatūras paaugstināšanos, kustību ierobežošanu, locītavu deformāciju. Personai kļūst grūti veikt ikdienas darbības, un smagas slimības gaitas gadījumā pat elementāras kustības. Hronisks ilgstošs artrīts bieži noved pie daļējas vai pilnīgas imobilizācijas, reģistrējot invaliditātes grupu.

Jebkura veida artrīts ir ārstējams(daži veidi tiek ārstēti labāk un vieglāk, daži ir sliktāk), īpaši šobrīd (raksts tika uzrakstīts 2016. gadā), kad ir izstrādātas un veiksmīgi pielietotas daudzas ārstēšanas metodes, kas ļauj efektīvi cīnīties ne tikai ar slimības simptomiem. slimība, bet arī tās cēlonis un sekas.

Artrītu var ārstēt šādu trīs specialitāšu ārsti: reimatologs, artrologs, ortopēdiskais traumatologs. Ja locītavu iekaisums ir attīstījies uz tuberkulozes, sifilisa, brucelozes vai citas infekcijas fona, tad uzsvars tiek likts uz pamatslimības ārstēšanu, ar ko attiecīgi nodarbojas ftiziatrs, infekcijas slimību speciālists vai dermatologs -venereologs.

Zemāk es detalizēti aprakstīšu artrīta veidus, cēloņus un simptomus, runāšu par mūsdienu slimības diagnostikas un ārstēšanas metodēm.

Artrīta veidi

Artrīta klasifikācija pēc kategorijas	Skatījumi
Iekaisīgs artrīts	Psoriātisks
	Reimatisks
	Reimatoīdais
	Reaktīvs
	Infekciozs
	Tuberkulozs
Deģeneratīvs artrīts	Traumatisks
	Osteoartrīts
Ņemot vērā attīstības cēloni un mehānismu	Primārais - ankilozējošais spondilīts, Stilla slimība, pseidopodagra, reimatisks, psoriātisks, septisks, juvenīls artrīts, dažāda veida specifisks infekcijas artrīts (vīrusu, dizentērijas vai gonoreāls).
	Sekundārā - rodas, ņemot vērā pamata patoloģiju, piemēram, ļaundabīgu audzēju, osteomielītu, autoimūnas slimības, sarkoidozi, hepatītu, boreliozi, dažas asins, plaušu vai kuņģa -zarnu trakta slimības.
Pēc skarto locītavu skaita	Monoartrīts - izolēts tikai vienas locītavas iekaisums, parasti liels
	Oligoartrīts - ne vairāk kā 3 locītavu pieķeršanās
	Poliartrīts - gan lielu, gan mazu locītavu 3–6 iekaisums vienlaikus

Pēc notiekošo izmaiņu rakstura artrīts ir sadalīts:

• iekaisums, kam raksturīga iekaisuma klātbūtne,
• deģeneratīva, kad sākumā ir skrimšļa nepietiekams uzturs, distrofija, skartās locītavas izskata izmaiņas, kam seko tās deformācija.

Artrīts rodas akūtā, subakūtā un hroniskā formā. Akūta vai subakūta gaita ir raksturīgākā iekaisuma bojājumam, hroniska-deģeneratīvai-distrofiskai.

Akūts iekaisuma process ir serozs, serozi šķiedrains, strutains.

Visnekaitīgākais iekaisums ar seroza (caurspīdīga) šķidruma veidošanos un uzkrāšanos sinoviālajā maisiņā notiek ar sinovītu - locītavu membrānas iekaisumu.

Īpaši smags artrīts ir strutains. Ar to iekaisums papildus locītavu maisiņam ietekmē arī blakus esošos audus, un locītavu šķidrumā parādās strutas patogēno mikroorganismu aktīvās vairošanās dēļ. Strutojoša procesa attīstība ir saistīta ar kapsulāras flegmonas veidošanos (kad strutains process aptver visu locītavu).

Slimības cēloņi

Bieži (galvenie) iemesli

• Iedzimtība;
• trauma;
• aptaukošanās;
• vielmaiņas traucējumi organismā;
• bieža hipotermija;
• infekcijas;
• neracionāls fizisko aktivitāšu sadalījums: vai nu ilga sēdus stāvoklis, vai pārmērīga fiziskā aktivitāte;
• akūtas baktēriju, vīrusu vai sēnīšu infekcijas;
• nervu sistēmas slimības;
• autoimūnas slimības.

Papildu iemesli

• Locītavu ķirurģija,
• augsts vecums,
• dzemdības,
• novājināta imunitāte
• vakcinācija,
• alerģija,
• vairāki aborti,
• nepareizs uzturs,
• nelabvēlīga ekoloģiskā situācija,
• minerālvielu un vitamīnu trūkums.

Nepareizs uzturs ir galvenais podagras artrīta cēlonis

Īpašu artrīta veidu cēloņi

(ja tabula nav pilnībā redzama, ritiniet pa labi)

Artrīta veidi	Cēloņi
Traumatisks	Locītavu elementu traumas: sasitumi, šarnīrveida kaulu lūzumi, plīsumi locītavas rajonā utt.
Vibrējošs	Regulāra pārmērīga slodze uz locītavām, liekot tām veikt kustības pie lielas slodzes
Reaktīvs	Dažādas infekcijas, ko izraisa ureaplazma, hlamīdijas, mikoplazma, dizentērijas bacilis, klostridijas, salmonellas, gripas vīrusi utt.
Reimatoīdais	Nav precīzi noteikts, bet iedzimtības ietekmes iespējamība ir augsta; autoimūnas slimības; herpes vīrusi (Epšteina-Bāra vīruss, herpes simplex, citomegalovīruss); hepatovīrusi, retrovīrusi
Psoriātisks	Infekcijas
	Ģenētiskie un autoimūnie mehānismi
Osteoartrīts	Nepietiekams skrimšļa uzturs organisma vielmaiņas traucējumu rezultātā
	Displāzijas - iedzimtas anomālijas locītavu elementu attīstībā
	Sistēmiskas slimības - sklerodermija, vilkēde utt.
	Hormonālie traucējumi
	Specifisks un nespecifisks locītavu struktūru iekaisums. Pirmais - uz tuberkulozes, gonorejas, dizentērijas fona. Otrais - kā neatkarīga sakāve bez patogēnu līdzdalības
	Sakāve, locītavu iznīcināšana ar Perthes slimību, osteohondrīts
	Hemofilija ir iedzimta asiņošanas slimība
Podagra	Iedzimtība
	Olbaltumvielu metabolisma pārkāpums uz nepietiekama uztura fona, pārmērīgi lietojot pārtiku, kas bagāta ar īpašām vielām - purīniem (skumbrija, siļķe, sardīnes, gaļa)
	Pārmērīgs ķermeņa svars

Reimatoīdā artrīta attīstību ietekmē imūnsistēmas mazspēja. Nezināma iemesla dēļ īpašas imūnsistēmas šūnas sāk "uzbrukt" pašu locītavu audiem. Tā rezultātā sākas autoimūns iekaisums, turpinot augt agresīviem audiem ar audzējam līdzīgu attīstību, kā rezultātā tiek bojātas saites, locītavu virsmas, iznīcināti skrimšļi un to pamatā esošie kauli. Tas noved pie fibrozes, sklerozes, erozijas attīstības, kā rezultātā - ar kontraktūrām, subluksāciju, pastāvīgu locītavas nekustīgumu - ankilozi.

Tipiski simptomi

Galvenais artrīta simptoms ir sāpes vienā vai vairākās locītavās. Sākumā tie ir vāji un praktiski neietekmē cilvēka parasto dzīvi. Laika gaitā sāpju sindroms pieaug: sāpes kļūst viļņotas, pastiprinoties kustībai, naktī un tuvāk rītam. Sāpju intensitāte svārstās no vieglas līdz ļoti spēcīgai, dramatiski kavējot jebkuru kustību.

Sekundārie simptomi:

• rīta stīvums
• pietūkums,
• ādas apsārtums,
• vietējās temperatūras paaugstināšanās iekaisuma zonā,
• pacienta motora aktivitātes pasliktināšanās,
• viņa mobilitātes ierobežojumi,
• locītavu noturīgu deformāciju veidošanās.

Atkarībā no procesa gaitas skarto locītavu funkcionalitātes ierobežojums var būt gan viegls, gan smags, ar iespējamu pilnīgu ekstremitātes imobilizāciju.

Sīkāk apskatīsim dažu artrīta veidu simptomus.

Traumatisks artrīts

Locītavu elementu traumatiskus bojājumus papildina iekaisuma reakcija, un, ja dobumā ir iekļuvuši patogēni mikrobi, tad strutains locītavu šķidruma un bursas iekaisums, pamazām pārejot uz blakus esošajiem locītavu audiem.

Reimatoīdā artrīta simptomi

Šim artrīta veidam raksturīgi simetriski ceļa, plaukstas, elkoņa, potītes locītavu bojājumi, kā arī mazās pirkstu un kāju pirkstu locītavas. Gūžas, plecu un mugurkaula locītavu iekaisums ir retāk sastopams, bet arī iespējams.

Akūtā vai subakūtā slimības gaitā cilvēkam traucē asas sāpes muskuļos un locītavās, stiprs vājums, drudzis, stīvums mazās locītavās no rīta.

Hronisks gauss process notiek ar vieglām sāpēm, pakāpenisku locītavu izmaiņu palielināšanos, kam parasti nav pievienots ievērojams ekstremitāšu funkciju ierobežojums.

Pamazām iekaisums izplatās uz muskuļiem, kas atrodas blakus locītavai. Tā rezultātā attīstās viņu fokālais iekaisums, samazinās muskuļu spēks un tonuss, pacients sajūt muskuļu vājumu, smagu nogurumu pēc normālas fiziskās slodzes.

Tipisks simptoms ir apaļas formas zemādas mezgliņu parādīšanās, kuru diametrs nepārsniedz 2 cm. Tie var veidoties arī uz sirds vārstiem un plaušām.

Šāda veida slimību raksturo asimetrija sakāvi 2 vai 3 locītavām vienlaikus. Un vispirms iekaisušas mazās pirkstu un roku locītavas, pēc tam lielās - ceļi, elkoņi, pleci utt.

Oligoartrīta (ne vairāk kā 3 locītavu iekaisums) attīstību papildina membrānu iekaisums ap cīpslām, iekaisušās vietas temperatūras paaugstināšanās un ādas apsārtums, locītavu pietūkums un sāpīgums.

Sāpju sindroms izpaužas miera stāvoklī vai naktī, rīta stīvums un sāpīgums pazūd dienas laikā.

Diagnostika

Precīzas diagnozes noteikšana balstās uz klīnisko izpausmju kopumu, datiem no ārsta pārbaudes un laboratoriskās diagnostikas rezultātiem, kas apstiprina artrīta klātbūtni (diagnostikas dati arī palīdz noteikt procesa veidu, stadiju un aktivitātes pakāpi).

Pārbaudes laikā ar vizuālu pārbaudi un traucējošu locītavu palpēšanu ārsts atzīmē pietūkumu, ādas apsārtumu, kas ir karsts uz tausti; ar novārtā atstātu slimību ir redzama locītavas deformācija.

Zemāk esošajā tabulā ir parādīti konkrēti testu veidi, kas jāveic, ja ir aizdomas par artrītu:

(ja tabula nav pilnībā redzama, ritiniet pa labi)

Laboratoriskās diagnostikas metodes	Instrumentālās diagnostikas metodes
Klīniskā asins analīze	Locītavas rentgenstūris 2 projekcijās
Asins "bioķīmija" (rādītāji - urīnskābe, sālskābes, olbaltumvielu frakcija, CRP, fibrīns, haptoglobīns utt.)	Digitālā mikrofokusa radiogrāfija ir tieša palielinājuma rentgena attēls, savukārt digitālā attēlveidošanas sistēma nodrošina augstas izšķirtspējas attēlus. Metode ļauj noteikt minimālas izmaiņas kaulu struktūrās
Reimatoīdais faktors	Artrogrāfija - rentgena uzņemšana pēc kontrastvielas ievadīšanas locītavas dobumā
Antistreptolizīns-O	Skarto locītavu ultraskaņa
Sinoviālā šķidruma citoloģiskā un mikrobioloģiskā izmeklēšana	Scintigrāfija - patoloģiska apgabala divdimensiju attēla iegūšana pēc radioaktīvā izotopa ievadīšanas organismā
Ja nepieciešams, tiek veikta locītavu membrānas biopsija un pēc tam tiek pārbaudīta	Diagnostiskā artroskopija ir ļoti informatīva metode locītavu struktūru pārbaudei, izmantojot artroskopu ar miniatūru videokameru

Ārstēšanas metodes

Jebkuram artrīta veidam ir vairāki attīstības posmi. Katram tiek izvēlētas noteiktas ārstēšanas metodes: pirmajai un otrajai pietiek ar konservatīvu terapiju, trešajai un komplikāciju klātbūtnē var būt nepieciešama ķirurģiska iejaukšanās.

Tabulā parādīts vispārējs artrīta ārstēšanas režīms.

(ja tabula nav pilnībā redzama, ritiniet pa labi)

Ārstēšanas metodes	Sīkāka informācija
Narkotiku terapija	Nesteroīdie pretiekaisuma līdzekļi iekšķīgi, intramuskulāri un / vai intraartikulāri.
	Perorālie un intraartikulārie kortikosteroīdi.
Efektīva terapija	Krioferēze ir medicīniska metode, kuras pamatā ir no pacienta paņemtās plazmas apstrāde ar aukstumu vai īpašām ķimikālijām. Pēc tam to injicē pacientam.
	Plazmas kaskādes filtrācija (plazmaferēze) - plazmas attīrīšana no toksīniem, antivielām, hormoniem un citām vielām, kuru līmenis organismā strauji palielinās.
Fizioterapija un masāža (pēc akūta iekaisuma procesa norimšanas)	Amplipulse terapija, fonoforēze, elektroforēze, magnētiskā un lāzerterapija, pielietojumi ar ozokerītu un parafīnu, NLO, UHF.
Fizioterapija	Vingrojumu terapijas vingrinājumi ir vērsti uz funkcionālu traucējumu novēršanu un kontraktūru attīstību.
Ķirurģija	Veidi: artrotomija, sinoviālās membrānas izgriešana (sinovektomija), artrodēze, locītavu rezekcija, medicīniskā artroskopija, heilektomija. Kad locītava ir iznīcināta, tiek norādīta rekonstruktīva vai endoprotezēšana (locītavas nomaiņa).

Artrīta ārstēšana

Dažādu veidu artrīta ārstēšanas metodes ir ļoti līdzīgas, atšķirības ir tikai dažās specifiskās niansēs, piemēram:

• Ar specifisku artrītu tiek ārstēta pamata slimība (ar tuberkulozi uzsvars tiek likts uz prettuberkulozes zālēm).
• Lai samazinātu psoriātiskā artrīta aktivitāti, iepriekš minētās metodes tiek papildinātas ar ultravioleto vai lāzera asins apstarošanu, hemosorbciju. Un no fizioterapijas PUVA terapija ir efektīva, apvienojot īpašas fotosensibilizējošas zāles uzņemšanu ar ārēju iedarbību uz garviļņu ultravioletajiem stariem.

Kopsavilkums

Tikai stingri ievērojot ārsta ieteikumus, jūs varat uzvarēt artrītu. Prognoze parasti ir labvēlīga, taču tā ir pilnībā atkarīga no savlaicīguma sazināties ar speciālistu un izbeigt ārstēšanu. Mūsdienu paņēmieni ļauj labot pat visnopietnāko situāciju, veicot locītavu operāciju.

Vietnes un tās satura īpašnieks un atbildīgais: Afinogenovs Aleksejs.

Lasiet vairāk, jums patiks:

Jūs neesat vergs!
Slēgts izglītības kurss elites bērniem: "Patiesais pasaules sakārtojums."
http://noslave.org

No Vikipēdijas, bezmaksas enciklopēdijas

Daudzām (bet ne visām) pamata zālēm, ko lieto reimatoīdā artrīta ārstēšanā, ir aktivitāte arī dažās citās slimībās, domājams vai ir pierādīts, ka tām ir autoimūna daba. Šādas slimības ir: čūlainais kolīts, Krona slimība, psoriāze, autoimūns glomerulonefrīts, hronisks aktīvs hepatīts. Ir diezgan interesanti atzīmēt, ka dažādas zāles no "pamata" zālēm palīdz ar dažādām autoimūnām slimībām, kas var atspoguļot to etioloģijas un patoģenēzes atšķirības. Pamata zāļu efektivitāte reimatoīdā artrīta un citu autoimūnu slimību gadījumā ir saistīta ar to specifisko pretiekaisuma un imūnsupresīvo darbību. Tajā pašā laikā pamata pretreimatisma zāles, atšķirībā no glikokortikoīdiem un nesteroīdiem pretiekaisuma līdzekļiem, nav piemērotas kā "parastās" pretiekaisuma zāles pret iekaisumu, kuru patoģenēzē nav iesaistīti noteikti specifiski autoimūnas mehānismi. Tās pamata zāles, kas nav "īsti" imūnsupresanti (piemēram, pamata zāles metotreksāts, azatioprīns vai ciklosporīns), arī nevar izmantot imūnsupresijai apstākļos, kas nav saistīti ar autoimunitāti, piemēram, orgānu un audu alotransplantācijā. Salazopiridazīna vai hlorokvīna imūnsupresīvā aktivitāte tam ir pārāk vāja un turklāt ir specifiska autoimunitātei. Visu pamata zāļu kopīga iezīme ir lēna, pakāpeniska efekta attīstība, kas var prasīt vairākus mēnešus ilgu terapiju. Lai ātri panāktu simptomātisku uzlabošanos reimatoīdā artrīta un citu autoimūnu slimību gadījumā, gaidot pamata terapijas efektu, tiek izrakstīti glikokortikoīdi, nesteroīdie pretiekaisuma līdzekļi. Ar smagu reimatoīdā artrīta gaitu vai, piemēram, Krona slimību, var būt nepieciešama divu vai vairāku dažādu grupu pamata zāļu lietošana ar dažādiem darbības mehānismiem. Šajā gadījumā ir ļoti svarīgi ņemt vērā iespēju palielināt terapijas toksicitāti ar noteiktām kombinācijām. Piemēram, metotreksāta kombinācija ar sulfasalazīnu vai salazopiridazīnu palielina metotreksāta hematoloģisko toksicitāti, jo sulfonamīdi, tāpat kā metotreksāts, ir dihidrofolāta reduktāzes inhibitori cilvēka šūnās, ne tikai baktērijās. Metotreksāta kombinācija ar ciklosporīnu palielina imūnsupresijas pakāpi un attiecīgi palielina infekcijas un neoplastisko terapijas komplikāciju risku. Klasifikācija Pamata pretreimatisma zāles ir sadalītas vairākās grupās: Imūnsupresīvas zāles: Infliksimabs ("Remicade") Levamizols ("Decaris") Leflunomīds ("Arava") Merkaptopurīns ("Puri-Netol") Ciklosporīns (Sandimmun Neoral) Ciklofosfamīds - reti tiek lietots augstas toksicitātes dēļ Zelta preparāti: Auranofin # ("Auropan", "Ridaura") Nātrija aurotiosulfāts # ("Sanocrizin") Aurotioprol # ("Chrysanol") D-penicilamīns ("Cuprenil") 5-aminosalicilskābes atvasinājumi: 4-aminohinolīna atvasinājumi: Hlorokvīns ("Delagil") Hidroksihlorokvīns ("Plaquenil") Matricas metaloproteināzes inhibitori: # - 2015. gadam zāles Krievijā nav reģistrētas : nepareizs vai trūkst attēla Šajā rakstā trūkst informācijas. Informācijai jābūt pārbaudāmai, pretējā gadījumā to var apšaubīt un izdzēst. .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 = rediģēt] šo rakstu, pievienojot saites uz. Šī atzīme ir iestatīta 2009. gada 29. septembris. [[K: Wikipedia: raksti bez avotiem (valsts: Lua kļūda: callParserFunction: funkcija "#property" netika atrasta. )]] [[K: Wikipedia: Raksti bez avotiem (valsts: Lua kļūda: callParserFunction: funkcija "#property" netika atrasta. )]]

Uzrakstiet pārskatu par rakstu "Slimību modificējoši pretreimatisma līdzekļi"

Piezīmes (rediģēt)

Izraksts, kas raksturo slimību modificējošas pretreimatiskas zāles

Magdalēna zināja, ka, lai izpildītu Radomira pavēli, viņai jājūtas pārliecinātai, savāktai un stiprai. Bet, kamēr viņa tikai dzīvoja, bija ieslēgta visdziļākajās bēdās un bija neprātīgi vientuļa ...
Bez Radomiras viņas dzīve kļuva tukša, nevērtīga un rūgta ... Viņš dzīvoja tagad kaut kur tālu, nepazīstamā un brīnumainā Pasaulē, kur viņas dvēsele nevarēja aizsniegties ... Un viņa tik ļoti tracināja viņu kā cilvēku, kā sievieti ! .. Un neviens, diemžēl, nevarēja viņai nekādā veidā palīdzēt.
Tad mēs viņu atkal redzējām ...
Magdalēna viena sēdēja uz augstas klints, pilnīgi aizaugusi ar savvaļas puķēm, piespieda ceļus pie krūtīm ... Viņa, kā jau ierasts, redzēja saulrietu - vēl viena parasta diena dzīvoja bez Radomira ... Viņa zināja, ka būs vēl daudz šādu dienu ... tik daudz. Un viņa zināja, ka viņai būs jāpierod. Neskatoties uz visu rūgtumu un tukšumu, Magdalēna labi saprata - viņu priekšā gaidīja gara, grūta dzīve, un viņai tas būs jādzīvo vienam ... Bez Radomira. Ko līdz šim viņa nevarēja iedomāties, jo viņš dzīvoja visur - katrā viņas šūnā, viņas sapņos un nomodā, katrā priekšmetā, kuram viņš kādreiz pieskārās. Šķita, ka visa apkārtējā telpa ir piesātināta ar Radomira klātbūtni ... Un pat ja viņa to vēlētos, no tā nebija glābiņa.
Vakars bija mierīgs, mierīgs un silts. Daba, kas atdzīvojās pēc dienas karstuma, plosījās ar sasildītu ziedošu pļavu un skuju smaržām ... Magdalēna klausījās parastās meža pasaules vienmuļajās skaņās - tā bija pārsteidzoši tik vienkārša un tik mierīga! .. vasaras karstums, netālu esošajos krūmos skaļi dungoja bites. Pat viņi, strādīgi, deva priekšroku aizbēgt no dienas degošajiem stariem, un tagad viņi ar prieku absorbēja uzmundrinošo vakara vēsumu. Jūtot cilvēcisko labestību, sīkais krāsainais putniņš bezbailīgi apsēdās uz Magdalēnas siltā pleca un pateicībā izplūda skanīgos sudrabainos trillos ... Bet Magdalēna to nepamanīja. Viņa atkal ielidoja pazīstamajā savu sapņu pasaulē, kurā Radomirs joprojām dzīvoja ...
Un viņa atkal atcerējās viņu ...
Viņa neticamā laipnība ... Viņa pārpilnās slāpes pēc dzīvības ... Viņa gaišais sirsnīgais smaids un caururbjošais zilo acu skatiens ... Un viņa stingrā pārliecība par izvēlētā ceļa pareizību. Es atcerējos brīnišķīgu, spēcīgu cilvēku, kurš, būdams pavisam bērns, jau pakļāva sev veselu pūli! ..
Es atcerējos viņa pieķeršanos ... Viņa lielās sirds siltums un lojalitāte ... Tas viss tagad dzīvoja tikai viņas atmiņā, nepadodoties laikam, neiedziļinoties aizmirstībā. Tas viss dzīvoja un ... sāp. Dažreiz viņai pat šķita - vēl mazliet, un viņa pārstās elpot ... Bet dienas pagāja. Un dzīve joprojām turpinājās. Viņai bija pienākums no Radomira atstātā PIENĀKUMA. Tāpēc, cik vien spēja, viņa neņēma vērā savas jūtas un vēlmes.
Viņas dēls Svetodars, kura viņa neprātīgi pietrūka, atradās tālajā Spānijā kopā ar Radanu. Magdalēna zināja - viņam bija grūtāk ... Viņš vēl bija pārāk jauns, lai samierinātos ar šādu zaudējumu. Bet viņa arī zināja, ka pat visdziļākajās bēdās viņš nekad neizrādīs savu vājumu svešiniekiem.
Viņš bija Radomira dēls ...
Un tas viņam lika būt stipram.
Atkal pagāja vairāki mēneši.
Un tagad pamazām, kā tas notiek pat ar visbriesmīgāko zaudējumu, Magdalēna sāka atdzīvoties. Acīmredzot ir pienācis īstais laiks atgriezties pie dzīvajiem ...

Izvēloties niecīgo Montseguru, kas bija maģiskākā pils ielejā (tā, kā tā atradās "pārejas punktā" uz citām pasaulēm), Magdalēna un viņas meita drīz sāka lēnām virzīties uz turieni. Viņi sāka apmesties savā jaunajā, vēl nepazīstamajā mājā ...
Un, visbeidzot, atceroties Radomira neatlaidīgo vēlmi, Magdalēna pamazām sāka vervēt savus pirmos studentus ... Tas, iespējams, bija viens no vienkāršākajiem uzdevumiem, jo ​​katrs cilvēks šajā brīnišķīgajā zemes gabalā bija vairāk vai mazāk apdāvināts. Un gandrīz visi bija izslāpuši pēc zināšanām. Tāpēc ļoti drīz Magdalēnai jau bija vairāki simti ļoti centīgu mācekļu. Tad šis skaitlis izauga līdz tūkstošam ... Un ļoti drīz visu Burvju ieleju pārklāja viņas mācības. Un viņa paņēma pēc iespējas vairāk cilvēku, lai izbēgtu no savām rūgtajām domām, un bija neizsakāmi priecīga, ka okitānieši dedzīgi tiecas pēc zināšanām! Viņa zināja - Radomirs par to būtu no sirds priecājies ... un savervēja vēl vairāk pretendentu.
- Piedod, Sever, bet kā magi tam piekrita?! Galu galā viņi tik rūpīgi sargā savas zināšanas no visiem? Kā Vladika to pieļāva? Magdalēna mācīja visus, neizvēlējās tikai iesācējus, vai ne?
- Vladyka nekad tam nepiekrita, Izidora ... Magdalēna un Radomirs devās pret viņa gribu, atklājot šīs zināšanas cilvēkiem. Un es joprojām nezinu, kuram no viņiem bija taisnība ...

5315 0

Iekaisīgas reimatiskas slimības, kuru galvenās formas ir reimatoīdais artrīts (RA), difūzās saistaudu slimības (DBTD), sistēmiskais vaskulīts, seronegatīvās un mikrokristāliskās artropātijas, ir vienas no smagākajām hroniskas cilvēka patoloģijas formām. Šo slimību farmakoterapija joprojām ir viena no grūtākajām mūsdienu klīniskās medicīnas problēmām.

Daudzu slimību etioloģija nav zināma, tāpēc nav iespējams veikt efektīvu etiotropisko terapiju. Tomēr pēdējos gados, atšifrējot to patoģenēzi, ir bijis acīmredzams progress, kas galvenokārt ir saistīts ar zināšanu paplašināšanos par imūnsistēmas strukturālajām un funkcionālajām iezīmēm, imūnās atbildes reakcijas un iekaisuma mehānismiem.

Pašlaik reimatisko slimību ārstēšanai tiek izmantots liels skaits zāļu ar atšķirīgu ķīmisko struktūru un farmakoloģisko darbības mehānismu, kuru kopīgais īpašums ir spēja nomākt iekaisuma attīstību. Tie ietver nesteroīdos pretiekaisuma līdzekļus, glikokortikoīdus ar pretiekaisuma aktivitāti un tā sauktos pamata pretreimatisma līdzekļus (zelta sāļus, pretmalārijas zāles, citotoksiskas zāles utt.), Kuriem, domājams, ir dziļāka ietekme uz imūnsistēmu. un iekaisuma procesi, kas ir reimatisko slimību pamatā. Intensīvi tiek izstrādātas jaunas pieejas ārstēšanai, kuras pamatā ir imūnterapijas metožu izmantošana.

Mūsu valstī ir publicētas vairākas monogrāfijas par reimatisko slimību farmakoterapiju (V.A. Nasonova, Ya. A. Sigidin. Reumato slimību patoģenētiskā terapija, 1985; V.A. A. Sigidin, NG Guseva, MM Ivanova. Difūzās saistaudu slimības, 1994 ). Tomēr pēdējos gados ir parādījies ļoti daudz jaunu klīnisku un eksperimentālu datu par gan iepriekš zināmo pretreimatisko zāļu, gan jauno zāļu un ārstēšanas metožu darbības mehānismiem, lietošanas taktiku un efektivitāti.

Grāmatā sistemātiski tiek pasniegta mūsdienīga informācija par svarīgākajiem pretiekaisuma līdzekļiem, taču galvenais uzdevums bija iepazīties ar jaunām tendencēm iekaisuma reimatisko slimību farmakoterapijas attīstībā.

Mēs ceram, ka grāmata būs noderīga praktiķiem reimatisko slimību ārstēšanā un stimulēs interesi par reimatoloģijas farmakoloģiskajiem aspektiem speciālistu vidū, kas iesaistīti medicīnas teorētisko problēmu izstrādē, imunologiem, bioķīmiķiem, farmakologiem.

Viena no biežākajām un smagākajām reimatiskajām slimībām ir RA, kuras ārstēšanai tiek izmantots viss pretreimatisko zāļu arsenāls un terapijas metodes (V. A. Nasonova un M. G. Astapenko, 1989). Tāpēc tiek izstrādātas pretreimatisko zāļu klasifikācijas, ņemot vērā to vietu RA ārstēšanā.

Pamatojoties uz farmakoloģisko īpašību atšķirībām, pretreimatisma zāles tiek klasificētas pretiekaisuma pretsāpju līdzekļos (NPL); pretiekaisuma glikokortikoīdi (GC), imūnmodulējoši / imūnsupresīvi līdzekļi (zelta sāļi, pretmalārijas zāles, citotoksiskas zāles utt.). Saskaņā ar citu klasifikāciju, nesteroīdie pretiekaisuma līdzekļi tiek uzskatīti par simptomātiskiem, neietekmējot slimības attīstības mehānismus, pretstatā slimību modificējošām vai lēnas darbības pretreimatiskām zālēm, kuras, domājams, ietekmē slimības etiopatoģenēzi.

Lai klasificētu pretreimatisma zāles, tika izmantota arī pieeja, kas, pirmkārt, ņem vērā to toksicitāti, saskaņā ar kuru tās ir sadalītas pirmās, otrās un trešās līnijas zālēs. Tika ierosināts klasificēt pretreimatisma zāles, pamatojoties uz terapeitiskā efekta sākuma ātrumu un tā ilgumu pēc ārstēšanas pārtraukšanas. NPL un GC, atšķirībā no slimību modificējošām / lēnas darbības pretreimatiskām zālēm, savu iedarbību parāda ļoti ātri (dažu stundu vai dienu laikā). Turklāt tika pieņemts, ka, ja pēc NPL un GC atcelšanas paasinājums attīstās diezgan ātri, tad lēnas darbības pretreimatisma zāļu iedarbība saglabājas ilgāku laiku.

Tomēr tagad ir kļuvis skaidrs, ka tradicionālās klasifikācijas neatbilst mūsdienu prasībām gan terminoloģijas, gan farmakoloģisko kategoriju iedalījuma ziņā. Faktiski tikai NPL un GC ir salīdzinoši viendabīgi zāļu grupas farmakoloģiskās un terapeitiskās aktivitātes ziņā.

Kopš 1991. gada PVO un Starptautiskās reimatisko slimību līgas paspārnē ir izveidota jauna pretreimatisko zāļu klasifikācija (HE Paulus et al., 1992; JP Edmonds et al., 1993), saskaņā ar kuru šīs zāles ir iedalīts divās galvenajās kategorijās:

I. Simptomus modificējoši pretreimatisma līdzekļi, kas pozitīvi ietekmē iekaisuma sinovīta simptomus un klīniskās izpausmes:
1) nesteroīdie pretiekaisuma līdzekļi
2) glikokortikoīdi
3) lēnas darbības zāles: pretmalārijas līdzekļi, zelta sāļi, antimetabolīti, citotoksiskie līdzekļi
II. Slimību kontrolējoši pretreimatisma līdzekļi, kas ietekmē RA gaitu un kuriem jāatbilst šādām prasībām:
a. uzlabot un saglabāt locītavu funkcionālās spējas kombinācijā ar iekaisuma sinovīta intensitātes samazināšanos;
b. novērstu vai ievērojami samazinātu locītavu strukturālo izmaiņu progresēšanas ātrumu.

Šajā gadījumā uzskaitītajiem efektiem vajadzētu parādīties vismaz 1 gadu no terapijas sākuma; zāļu klasifikācijas procesā jānorāda periods (vismaz 2 gadi), kura laikā tā terapeitiskais efekts atbilst uzskaitītajiem kritērijiem.

Šī klasifikācija atšķiras no iepriekšējām ar reālistiskāku pieeju zāļu terapeitiskās efektivitātes novērtēšanai RA. Tagad ir kļuvis acīmredzams, ka visu esošo pretreimatisko zāļu kopīga pierādīta īpašība ir spēja izraisīt klīnisku uzlabojumu, savukārt to spēju ietekmēt reimatoīdā procesa progresēšanu un rezultātus nevar uzskatīt par stingri pierādītu. Tāpēc nevienu pretreimatisma līdzekli pašlaik nevar klasificēt kā "slimību kontroli".

Tomēr tas neizslēdz iespēju pārnest noteiktas zāles no pirmās grupas uz otro turpmāko pētījumu procesā. Šķiet, ka šī nostāja ir būtiska, jo tai vajadzētu veicināt farmakoloģisko un klīnisko pētījumu paplašināšanu reimatoloģijā, lai izstrādātu ārstēšanas efektivitātes kritērijus, kā arī radītu jaunas, efektīvākas pretreimatisma zāles vai to racionālas kombinācijas.

E.L. Nasonovs

Gēnu inženierija un zāles

Zāļu mikrobioloģiskā ražošana

Pirms rekombinantās DNS tehnoloģijas parādīšanās daudzas zāles, kuru pamatā bija cilvēka olbaltumvielas, varēja iegūt tikai nelielos daudzumos, to ražošana bija ļoti dārga, un bioloģiskās darbības mehānisms dažkārt bija slikti izprotams. Ar jauno tehnoloģiju palīdzību tiek iegūts pilns šādu zāļu klāsts pietiekamā daudzumā gan to efektīvai pārbaudei, gan lietošanai klīnikā. Līdz šim ir klonēti vairāk nekā 400 dažādu cilvēka olbaltumvielu gēni (galvenokārt cDNS veidā), kas var kļūt par zālēm. Lielākā daļa no šiem gēniem jau ir ekspresēti saimniekšūnās, un to produkti tagad tiek izmantoti dažādu cilvēku slimību ārstēšanai. Kā parasti, tos vispirms pārbauda ar dzīvniekiem, un pēc tam seko stingri klīniskie pētījumi. Ikgadējais pasaules tirgus apjoms zālēm, kuru pamatā ir cilvēka olbaltumvielas, ir aptuveni 150 miljardi ASV dolāru un pastāvīgi pieaug. Zāļu, kuru pamatā ir rekombinantie proteīni, pasaules tirgus apjoms pieaug par 12–14% gadā un 2000. gadā sasniedza aptuveni 20 miljardus ASV dolāru.

No otras puses, specifisku antivielu kā terapeitisku līdzekļu izmantošana ir daudzsološa. Tos izmanto, lai neitralizētu toksīnus, cīnītos pret baktērijām, vīrusiem un ārstētu vēzi. Antiviela vai nu neitralizē "iebrucēju" - svešu aģentu, vai iznīcina noteiktu mērķa šūnu. Neskatoties uz daudzsološajām iespējām, antivielas joprojām tiek reti izmantotas, lai novērstu un ārstētu slimības. Un tikai attīstoties rekombinantās DNS tehnoloģijai un izstrādājot metodes monoklonālo antivielu ražošanai un atšifrējot imūnglobulīnu molekulāro struktūru un funkcijas, atkal radās komerciāla interese par specifisku antivielu izmantošanu dažādu slimību ārstēšanai.

Jaunu metožu izstrāde daudzu cilvēku slimību profilaksei un ārstēšanai deva milzīgu ieguldījumu cilvēku labklājības pieaugumā 20. gadsimtā. Tomēr šo procesu nevar uzskatīt par pabeigtu. Tā sauktās "vecās" slimības, piemēram, malārija, tuberkuloze utt., Var atkal parādīties, tiklīdz profilakses pasākumi ir novājināti vai parādās rezistenti celmi. Tipiska situācija šajā ziņā ir Ukrainā un Krievijā.

Pirmie ĢMO produkti ir antibiotikas

Antibiotikas ietver vielas ar mazu molekulmasu, kas atšķiras pēc ķīmiskās struktūras. Šiem savienojumiem ir kopīgs tas, ka, būdami mikroorganismu dzīvībai svarīgās darbības produkti, nenozīmīgā koncentrācijā tie īpaši traucē citu mikroorganismu augšanu.

Lielākā daļa antibiotiku ir sekundārie metabolīti. Tos, tāpat kā toksīnus un alkaloīdus, nevar klasificēt kā vielas, kas ir absolūti nepieciešamas mikroorganismu augšanai un attīstībai. Pamatojoties uz to, sekundārie metabolīti atšķiras no primārajiem, kuru klātbūtnē notiek mikroorganisma nāve.

Antibiotiku, tāpat kā citu sekundāro metabolītu, biosintēze parasti notiek šūnās, kuras pārstājušas augt (idiofāze). To bioloģiskā loma ražotāju šūnu dzīvībai svarīgās darbības nodrošināšanā joprojām nav pilnībā izpētīta. Eksperti, kas pēta biotehnoloģijas izredzes antibiotiku mikrobioloģiskās ražošanas jomā, uzskata, ka nelabvēlīgos apstākļos tie kavē konkurējošo mikroorganismu augšanu, tādējādi nodrošinot labvēlīgākus apstākļus vienas vai otras antibiotikas ražotāja mikrobu ražotāja izdzīvošanai. Antibiotiku ražošanas procesa nozīmi mikrobu šūnu dzīvē apstiprina fakts, ka streptomicetēs aptuveni 1% genoma DNS veido gēni, kas kodē antibiotiku biosintēzes enzīmus, kas var neizpausties ilgu laiku. Zināmo antibiotiku ražotāji galvenokārt ir sešas pavedienu sēņu ģints, trīs aktinomicītu ģints (gandrīz 4000 dažādu antibiotiku) un divas patieso baktēriju ģints (apmēram 500 antibiotikas). No pavedienu sēnēm īpaša uzmanība jāpievērš Cephalosporium un Penicillium ģinšu veidnēm, kas ir tā saukto beta-laktāma antibiotiku-penicilīnu un cefalosporīnu-ražotāji. Lielākā daļa aktinomicītu, kas sintezē antibiotikas, ieskaitot tetraciklīnus, pieder pie Streptomyces ģints.

No 5000–6000 zināmajām dabīgajām antibiotiku vielām tikai aptuveni 1000 tiek ražotas pārdošanai patērētājiem.) Pelējuma laboratorijas celma produktivitāte - 2 mg preparāta uz 1 litru kultūras šķidruma - bija acīmredzami nepietiekama rūpnieciskai ražošanai. no antibiotikas. Atkārtota sistemātiska sākotnējā Penicillium chrisogenum celma iedarbība uz mutagēniem, piemēram, rentgena un ultravioleto starojumu, sinepju slāpekļa gāzi kombinācijā ar spontānām mutācijām un labāko ražotāju atlasi, bija iespējams palielināt sēnītes produktivitāti par 10 000 reižu un palieliniet penicilīna koncentrāciju kultūras šķidrumā līdz 2%.

Joprojām tiek izmantots veids, kā palielināt antibiotiku ražojošo celmu efektivitāti, pamatojoties uz nejaušām mutācijām un kas ir kļuvis klasisks, neskatoties uz milzīgajām darbaspēka izmaksām. Šī situācija ir saistīta ar faktu, ka antibiotika, atšķirībā no olbaltumvielām, nav konkrēta gēna produkts; antibiotiku biosintēze notiek 10-30 dažādu fermentu kopīgas darbības rezultātā, ko kodē atbilstošs dažādu gēnu skaits. Turklāt daudzām antibiotikām, kuru mikrobioloģiskā ražošana ir noteikta, to biosintēzes molekulārie mehānismi vēl nav pētīti. Poligēniskais mehānisms, kas ir antibiotiku biosintēzes pamatā, ir iemesls, kāpēc atsevišķu gēnu izmaiņas nenoved pie panākumiem. Ikdienas metožu automatizācija mutantu produktivitātes analīzei ļauj izpētīt desmitiem tūkstošu funkcionējošu celmu un tādējādi paātrina atlases procedūru, izmantojot klasisko ģenētisko paņēmienu.

Jaunā biotehnoloģija, kuras pamatā ir antibiotiku superproduktoru celmu izmantošana, paredz ražotāja aizsardzības mehānismu uzlabošanu no viņa sintezētās antibiotikas.

Celmiem, kas izturīgi pret augstu antibiotiku koncentrāciju barotnē, ir augsta produktivitāte. Šis īpašums tiek ņemts vērā arī, izstrādājot superproduceru šūnas. Kopš penicilīna atklāšanas 20. gadsimta 20. gadu beigās no dažādiem mikroorganismiem, kuriem ir atšķirīga specifika un dažādi darbības mehānismi, ir izdalītas vairāk nekā 6000 antibiotiku. To plašā izmantošana infekcijas slimību ārstēšanā ir palīdzējusi glābt miljoniem dzīvību. Lielākā daļa galveno antibiotiku ir izolētas no grampozitīvās augsnes baktērijas Streptomyces, lai gan tās ražo arī sēnītes un citas grampozitīvas un gramnegatīvas baktērijas. Visā pasaulē katru gadu tiek saražotas 100 000 tonnas antibiotiku, kuru vērtība tiek lēsta aptuveni S miljarda ASV dolāru apmērā, ieskaitot vairāk nekā 100 miljonus ASV dolāru antibiotikas, ko pievieno lopbarībai kā piedevas vai augšanas paātrinātājus.

Tiek lēsts, ka zinātnieki katru gadu atklāj no 100 līdz 200 jaunām antibiotikām, galvenokārt izmantojot plašas pētījumu programmas, lai atrastu tūkstošiem dažādu mikroorganismu, kas sintezētu unikālas antibiotikas. Jaunu zāļu ražošana un klīniskie pētījumi ir ļoti dārgi, un tiek tirgoti tikai tie, kuriem ir liela terapeitiskā vērtība un ekonomiskā interese. Tie veido 1-2% no visām atklātajām antibiotikām. Liela ietekme šeit ir rekombinantās DNS tehnoloģijai. Pirmkārt, to var izmantot, lai radītu jaunas antibiotikas ar unikālu struktūru, kurām ir spēcīgāka ietekme uz noteiktiem mikroorganismiem un kurām ir minimālas blakusparādības. Otrkārt, gēnu inženierijas pieejas var izmantot, lai palielinātu antibiotiku ražu un attiecīgi samazinātu to ražošanas izmaksas.

Mēs varam pieņemt, ka klīniskā biotehnoloģija radās ar penicilīna rūpnieciskās ražošanas sākumu 40. gados. un tā izmantošana terapijā. Acīmredzot šī pirmā dabiskā penicilīna lietošana vairāk nekā jebkura cita narkotika ietekmēja saslimstības un mirstības samazināšanos, bet, no otras puses, radīja vairākas jaunas problēmas, kuras atkal varētu atrisināt ar biotehnoloģijas palīdzību.

Pirmkārt, veiksmīga penicilīna lietošana izraisīja lielu vajadzību pēc šīs zāles, un, lai to apmierinātu, bija nepieciešams ievērojami palielināt penicilīna iznākumu tā ražošanas laikā. Otrkārt, pirmais penicilīns - C (benzilpenicilīns) - iedarbojās galvenokārt uz grampozitīvām baktērijām (piemēram, streptokokiem un stafilokokiem), un bija nepieciešams iegūt antibiotikas ar plašāku darbības un / vai aktivitātes spektru, inficējot abus gramnegatīvos baktērijas, piemēram, E. coli un Pseudomonas. Treškārt, tā kā antibiotikas izraisīja alerģiskas reakcijas (visbiežāk nelielas, piemēram, izsitumus uz ādas, bet dažreiz smagākas, dzīvībai bīstamas anafilakses izpausmes), bija nepieciešams lietot veselu antibakteriālu līdzekļu komplektu, lai varētu izvēlēties no tikpat efektīvām zālēm tādu, kas pacientam neizraisītu alerģiju. Ceturtkārt, penicilīns ir nestabils kuņģa skābā vidē, un to nevar ievadīt iekšķīgi. Visbeidzot, daudzas baktērijas iegūst rezistenci pret antibiotikām. Klasisks piemērs tam ir enzīma penicilināzes (pareizāk-beta-laktamāzes) veidošanās ar stafilokokiem, kas hidrolizē amīda saiti penicilīna beta-laktāma gredzenā, veidojot farmakoloģiski neaktīvu penicilīnskābi. Ražošanas laikā bija iespējams palielināt penicilīna ražu galvenokārt tāpēc, ka konsekventi tika izmantoti vairāki sākotnējā Penicillium chrysogenum celma mutanti, kā arī mainot augšanas apstākļus.

Vienas antibiotikas biosintēzes process var sastāvēt no desmitiem enzīmu reakciju, tāpēc visu tās biosintēzes gēnu klonēšana nav viegls uzdevums. Viena no pieejām pilnīgu šādu gēnu komplekta izolēšanai ir balstīta uz viena vai vairāku mutantu celmu transformāciju, kas nespēj sintezēt šo antibiotiku, ar klonu banku, kas izveidota no savvaļas tipa celma hromosomu DNS. Pēc klona bankas ievadīšanas mutantu šūnās tiek izvēlēti transformanti, kas spēj sintezēt antibiotiku. Pēc tam tiek izolēta klona plazmīda DNS, kas satur funkcionālu iepriekš sajauktu antibiotiku gēnu (ti, gēnu, kas atjauno mutanta celma zaudēto funkciju) un tiek izmantots kā zonde, lai pārbaudītu citas savvaļas tipa hromosomu DNS klonu bankas celms, no kura kloni satur nukleotīdu secības, kas pārklājas ar zondes secību. Tādējādi tiek identificēti un pēc tam klonēti DNS elementi, kas atrodas blakus papildinošajai secībai, un tiek atjaunots viss antibiotiku biosintēzes gēnu kopums. Aprakstītā procedūra attiecas uz gadījumu, kad šie gēni ir sagrupēti vienā hromosomu DNS vietā. Ja biosintēzes gēni ir izkaisīti mazu kopu veidā dažādās vietās, tad, lai iegūtu DNS klonus, katrā klasterī jābūt vismaz vienam mutantam, ar kura palīdzību var identificēt atlikušos kopu gēnus.

Izmantojot ģenētiskus vai bioķīmiskus eksperimentus, var identificēt un pēc tam izolēt vienu vai vairākus galvenos biosintētiskos enzīmus, noteikt to N-gala aminoskābju secības un, pamatojoties uz šiem datiem, sintezēt oligonukleotīdu zondes. Šo pieeju izmantoja, lai izolētu izopenicilīna N sintetāzes gēnu no Penicillium chrysogenum. Šis enzīms katalizē 5- (1_-a-aminoadipilN-cisteinil-P-valīna oksidatīvo kondensāciju līdz izopenicilīnam N, kas ir galvenais starpprodukts penicilīnu, cefalosporīnu biosintēzē. , un cefalosporīniem.

Jaunas antibiotikas ar unikālām īpašībām un specifiskumu var iegūt, veicot ģenētiski modificētas manipulācijas ar gēniem, kas iesaistīti jau zināmo antibiotiku biosintēzē. Viens no pirmajiem eksperimentiem, kura laikā tika iegūta jauna antibiotika, sastāvēja no divu nedaudz atšķirīgu antibiotiku biosintēzes ceļu apvienošanas vienā mikroorganismā.

Viena no Streptomyces plazmīdām, plJ2303, kurā ir 32,5 kb S.coelicoior hromosomu DNS fragments, satur visus fermentu gēnus, kas ir atbildīgi par antibiotikas aktinorodīna biosintēzi no acetāta, kas ir izohromanhinonu antibiotiku saimes pārstāvis. Visa plazmīda un dažādi subkloni, kas satur 32,5 kb fragmenta daļas (piemēram, plJ2315), tika ievadīti vai nu Streptomyces sp. Celmā AM-7161, sintezējot saistīto antibiotiku medermicīnu, vai celmā B1140 vai Tu22 S. violaceoruber. saistītās antibiotikas granaticīns un dihidrogranaticīns.

Visas šīs antibiotikas ir skābes bāzes indikatori, kas augošajai kultūrai piešķir raksturīgu krāsu atkarībā no barotnes pH. Savukārt barotnes pH (un krāsa) ir atkarīgs no tā, kurš savienojums tiek sintezēts. Vecāku celma S.coelicoior mutanti, kas nespēj sintezēt aktinovodīnu, ir bezkrāsaini. Krāsas izskats pēc celma AM-7161 transformācijas Streptomyces sp. vai celmi B1J40 vai Tu22 S. violaceoruber plazmīda, kas satur visus vai vairākus gēnus, kas kodē aktinorodīna biosintēzes enzīmus, norāda uz jaunas antibiotikas sintēzi Transformants celms AM-7161 Streptomyces sp. un celms-6 1140 S. violaceoruber, kas satur plazmīdu pM2303, sintezē antibiotikas, ko kodē gan plazmīds, gan hromosomu DNS.

Tomēr, transformējot S. violaceoruber celmu Tu22 ar plazmīdu plJ2303 kopā ar aktinorodīnu, tiek sintezēta jauna antibiotika-dihidrogranatirodīns, un, pārveidojot celmu AM-7161, Streptomyces sp. PlJ2315 plazmīda sintezē vēl vienu jaunu antibiotiku - mederrodīnu A.

Strukturāli šīs jaunās antibiotikas maz atšķiras no aktinorodīna, medermicīna, granaticīna un hidrogranaticīna un, iespējams, veidojas, kad viena biosintēzes ceļa starpprodukts kalpo kā fermenta substrāts citā ceļā. Detalizēti izpētot dažādu antibiotiku biosintētisko ceļu bioķīmiskās īpašības, būs iespējams izveidot jaunas unikālas ļoti specifiskas antibiotikas, manipulējot ar gēniem, kas kodē atbilstošos fermentus.

Jaunu metožu izstrāde mūsdienu poliketīdu antibiotiku iegūšanai.

Termins "poliketīds" attiecas uz antibiotiku klasi, kas rodas pēc karbonskābju, piemēram, acetāta, propionāta un butirāta, secīgas fermentatīvas kondensācijas. Dažas poliketīda antibiotikas sintezē augi un sēnītes, bet lielāko daļu no tām veido aktinomicīti sekundāro metabolītu veidā. Pirms manipulēt ar gēniem, kas kodē fermentus poliketīdu antibiotiku biosintēzei, bija jānoskaidro šo fermentu darbības mehānisms.

Detalizēti izpētot eritromicīna biosintēzes ģenētiskās un bioķīmiskās sastāvdaļas Saccharopolyspora erythraea šūnās, bija iespējams ieviest specifiskas izmaiņas gēnos, kas saistīti ar šīs antibiotikas biosintēzi, un sintezēt eritromicīna atvasinājumus ar citām īpašībām. Pirmkārt, tika noteikta S. erythraea DNS fragmenta primārā struktūra. 56 kbp, kas satur ery gēnu kopu, tad eritromicīna poliketīda sintāze tika modificēta divos dažādos veidos. Lai to izdarītu, 1) tika noņemts DNS reģions, kas kodē beta-ketoreduktāzi, vai 2) tika veiktas izmaiņas DNS apgabalā, kas kodē enoilreduktāzi. Šie eksperimenti ļāva eksperimentāli parādīt, ka, ja tiek identificēts un raksturots konkrētas poliketīda antibiotikas biosintēzes enzīmus kodējošs gēnu kopums, tad, veicot tajās īpašas izmaiņas, būs iespējams mērķtiecīgi mainīt antibiotikas struktūru.

Turklāt, izgriežot un pievienojot noteiktas DNS sadaļas, ir iespējams pārvietot poliketīda sintāzes domēnus un iegūt jaunas poliketīda antibiotikas.

DNS tehnoloģija antibiotiku ražošanas uzlabošanai

Ar gēnu inženierijas palīdzību ir iespējams ne tikai radīt jaunas antibiotikas, bet arī palielināt jau zināmo sintēzes efektivitāti. Ierobežojošais faktors antibiotiku rūpnieciskajā ražošanā, izmantojot Streptomyces spp. Bieži vien šūnām ir pieejams skābekļa daudzums. Sakarā ar slikto skābekļa šķīdību ūdenī un augsto Streptomyces kultūras blīvumu, tas bieži vien ir nepietiekams, šūnu augšana palēninās un antibiotikas raža samazinās. Lai atrisinātu šo problēmu, iespējams, pirmkārt, mainīt to bioreaktoru konstrukciju, kuros audzē Streptomyces kultūru, un, otrkārt, izmantojot gēnu inženierijas metodes, izveidot Streptomyces celmus, kas efektīvāk izmanto pieejamo skābekli. Šīs divas pieejas nav savstarpēji izslēdzošas.

Viena no stratēģijām, ko daži aerobie mikroorganismi izmanto, lai izdzīvotu skābekļa trūkuma dēļ, ir hemoglobīnam līdzīga produkta sintēze, kas var uzkrāt skābekli un nogādāt to šūnās. Piemēram, aerobā baktērija Vitreoscilla sp. sintezē homodimērisku hemu saturošu proteīnu, kas funkcionāli līdzīgs eikariotiskajam hemoglobīnam. Vitreoscilla “hemoglobīna” gēns tika izolēts, ievietots Streptomyces plazmīda vektorā un ievadīts šī mikroorganisma šūnās. Pēc ekspresijas Vitreoscilla hemoglobīns veidoja aptuveni 0,1% no visiem S.coelicoior šūnu proteīniem, pat ja ekspresija tika veikta pašas Vitreoscilla hemoglobīna gēna promotora, nevis Streptomyces promotora kontrolē. Transformētās S.coelicoior šūnas, kas aug ar zemu izšķīdušā skābekļa saturu (apmēram 5% no piesātinājuma koncentrācijas), sintezēja 10 reizes vairāk aktinorodīna uz 1 g sausas šūnu masas, un to augšanas ātrums bija lielāks nekā nepārveidotajām. Šo pieeju var izmantot arī, lai nodrošinātu skābekli citiem mikroorganismiem, kas aug apstākļos, kuros trūkst skābekļa.

Dažu cefalosporīnu - antibiotiku, kurām ir neliela blakusparādība un kuras ir aktīvas pret daudzām baktērijām - ķīmiskās sintēzes izejviela ir 7 -aminocefalosporīnskābe (7ASA), kas savukārt tiek sintezēta no antibiotikas cefalosporīna C. Diemžēl dabiskie mikroorganismi spēj no 7ASA sintezēšanas, vēl nav identificēts.

Tika izveidots jauns 7ACA biosintētiskais ceļš, ievietojot specifiskus gēnus sēnes Acremonium chrysogenum plazmīdā, kas parasti sintezē tikai cefalosporīnu-C. Vienu no šiem gēniem pārstāvēja sēnītes Fusarium solani cDNS, kas kodē D-aminoskābju oksidāzi, bet otrs radās no Pseudomonas diminuta genoma DNS un kodēja cefalosporīna acilāzi. Plazmīdā gēni bija A. chrysogenum promotora kontrolē. Jaunā biosintēzes ceļa pirmajā posmā cefalosporīns-C ar aminoskābju oksidāzes palīdzību tiek pārvērsts par 7-p- (5-karboksi-5-oksopentānamīda) cefalosporīnskābi (keto-AO-7ACA). Daļa no šī produkta, reaģējot ar ūdeņraža peroksīdu, kas ir viens no blakusproduktiem, tiek pārvērsts par 7-beta- (4-karboksibutānamīda) -cefalosporskābi (GL-7ACA). Gan cefalosporīnu-C, gan keto-A0-7ACA, gan GL-7ACA var hidrolizēt ar cefalosporinacilāzi, veidojot 7ACA, bet tikai 5% cefalosporīna-C tiek tieši hidrolizēts līdz 7ACA. Tāpēc abi enzīmi ir nepieciešami 7ACA veidošanai ar augstu ražu.

Interferoni

70. gadu beigās - 80. gadu sākumā. XX gadsimta DNS tehnoloģija pirmo reizi sāka piesaistīt sabiedrības un lielo investoru uzmanību. Viens daudzsološs biotehnoloģiju produkts bija interferons, ko tolaik cerēja kā brīnumlīdzekli pret virkni vīrusu slimību un vēža. Visas ieinteresētās publikācijas pasaulē ziņoja par cilvēka interferona cDNS izolāciju un tās turpmāko ekspresiju Escherichia coll.

Cilvēka gēnu vai olbaltumvielu izolēšanai tiek izmantotas dažādas pieejas. Parasti vēlamais proteīns tiek izolēts un noteiktas attiecīgās molekulas daļas aminoskābju secība. Pamatojoties uz to, tiek atrasta to kodējošā nukleotīdu secība, tiek sintezēts atbilstošais oligonukleotīds un tiek izmantots kā hibridizācijas zonde, lai izolētu vēlamo gēnu vai cDNS no genoma vai cDNS bibliotēkām. Vēl viena pieeja ir radīt antivielas pret attīrītu proteīnu un izmantot tās, lai pārbaudītu bibliotēkas, kurās tiek ekspresēti noteikti gēni. Cilvēka proteīniem, kas sintezēti galvenokārt vienā audā, cDNS bibliotēka, kuras pamatā ir no šiem audiem izolēta mRNS, tiks bagātināta mērķa DNS secībā. Piemēram, galvenais proteīns, ko sintezē Langerhansa saliņu šūnas aizkuņģa dziedzerī, ir insulīns, un 70% no šīm šūnām izolētās mRNS to kodē.

Tomēr cDNS bagātināšanas princips nav piemērojams tiem cilvēka proteīniem, kuru daudzums ir ļoti mazs vai kuru sintēzes vieta nav zināma. Šajā gadījumā var būt vajadzīgas citas eksperimentālas pieejas. Piemēram, cilvēka interferoni (IF), ieskaitot alfa, beta un gamma interferonus, ir dabiski proteīni, no kuriem katrs var atrast savu terapeitisko pielietojumu. Pirmais interferona gēns tika izolēts astoņdesmito gadu sākumā. XX gadsimts. Kopš tā laika ir atklāti vairāki dažādi interferoni. E. coli tiek sintezēts polipeptīds ar cilvēka leikocītu interferona iedarbību.

Vairākas interferona iezīmes ir īpaši apgrūtinājušas tā cDNS izolāciju. Pirmkārt, neskatoties uz to, ka interferons tika attīrīts vairāk nekā 80 000 reižu, to varēja iegūt tikai ļoti mazos daudzumos. tā precīza molekulmasa tajā laikā nebija zināma. Otrkārt, atšķirībā no daudziem citiem proteīniem interferonam nav viegli identificējamas ķīmiskās vai bioloģiskās aktivitātes: to novērtēja tikai ar dzīvnieku vīrusa citopātiskās iedarbības samazināšanos uz šūnu kultūru, un tas ir sarežģīts un ilgstošs process. Treškārt, atšķirībā no insulīna nebija zināms, vai ir cilvēka šūnas, kas spēj ražot interferonu pietiekami lielos daudzumos, t.i. vai pastāv interferona mRNS avots. Neskatoties uz visām šīm grūtībām, cDNS, kas kodē interferonu, galu galā tika izolēts un raksturots. Izolējot to cDNS, bija jāizstrādā īpaša pieeja, lai pārvarētu grūtības, kas saistītas ar nepietiekamo atbilstošās mRNS un olbaltumvielu saturu. Tagad šī DNS ekstrakcijas procedūra ir izplatīta un standarta, un interferoniem tā ir.

1. No cilvēka leikocītiem mRNS tika izolēta un frakcionēta pēc lieluma; veica reverso transkripciju un ievietoja pBR322 plazmīdas Psti vietā.

2. Iegūtais produkts tika pārveidots par Escherichia coli. Iegūtie kloni tika sadalīti grupās. Tika veikta klonu pārbaude, kas ļāva paātrināt to identifikācijas procesu.

3. Katrs klona klons tika hibridizēts ar neapstrādātu IF-mRNS preparātu.

4. No iegūtajiem hibrīdiem, kas satur klonētu DNS un mRNS, mRNS tika izolēta un pārtulkota olbaltumvielu sintēzes sistēmā bez šūnām.

5. Noteica katra tulkojuma rezultātā iegūtā maisījuma starpvīrusu pretvīrusu aktivitāti. Grupās, kurās bija interferona aktivitāte, bija klons ar cDNS, kas hibridizēta ar IF-mRNS.

6. Pozitīvās grupas tika sadalītas apakšgrupās, kurās bija vairāki kloni, un vēlreiz pārbaudīja. Apakšgrupēšana tika atkārtota, līdz tika identificēts klons, kas satur pilna garuma cilvēka IF-cDNS.

Kopš tā laika ir atklāti vairāki dažādi interferonu veidi. Vairāku interferonu gēni tika izolēti un to efektivitāte tika parādīta dažādu vīrusu slimību ārstēšanā, bet diemžēl interferons nekļuva par panaceju.

Pamatojoties uz interferona ķīmiskajām un bioloģiskajām īpašībām, var izšķirt trīs grupas: IF-alfa, IF-beta un IF-gamma. IF-alfa un IF-beta sintezē šūnas, kuras apstrādā ar vīrusu vai vīrusu RNS zālēm, un IF-gamma tiek ražota, reaģējot uz vielu iedarbību, kas stimulē šūnu augšanu. IF-alfa kodē gēnu saime, kurā ir vismaz 15 ne-alēliski gēni, savukārt IF-beta un IF-gamma ir kodēts pa vienam gēnam. IF-alfa apakštipiem ir atšķirīga specifika. Piemēram, pārbaudot IF-elf-1 un IF-alfa-2 efektivitāti uz vīrusu apstrādātas liellopu šūnu līnijas, šiem interferoniem piemīt līdzīga pretvīrusu aktivitāte, savukārt ar vīrusu apstrādātām cilvēka šūnām IF-alfa- 2 ir septiņas reizes aktīvāks nekā IF-alfa 1. Ja pretvīrusu aktivitāte tiek pārbaudīta ar peles šūnām, tad IF-alfa-2 ir 30 reizes mazāk efektīva nekā IF-alfa-1.

Sakarā ar to, ka pastāv interferonu saime, ir veikti vairāki mēģinājumi izveidot IF ar kombinētām īpašībām, izmantojot to, ka dažādi IF-alfa saimes pārstāvji atšķiras pēc pretvīrusu aktivitātes pakāpes un specifikas. Teorētiski to var panākt, savienojot dažādu IF-alfa gēnu sekvenču daļas. Tas novedīs pie saplūšanas proteīna veidošanās ar atšķirīgām īpašībām nekā katrs no sākotnējiem proteīniem. IF-alfa-1 un IF-alfa-2 cDNS sekvenču salīdzinājums parādīja, ka tajās ir vienas un tās pašas restrikcijas vietas 60., 92. un 150. pozīcijā. Pēc abu cDNS šķelšanās šajās vietās un pēc tam fragmentu sasaistīšanas vairāki hibrīdi tika iegūti gēni. Šie gēni tika ekspresēti E. coli, sintezētie proteīni tika attīrīti un pētītas to bioloģiskās funkcijas. Pārbaudot hibrīdu IF aizsargājošās īpašības zīdītāju šūnu kultūrā, parādījās, ka daži no tiem ir aktīvāki nekā vecāku molekulas. Turklāt daudzi hibrīda IF izraisīja 2 "-5" -oligoizoadenilāta sintetāzes veidošanos kontroles šūnās. Šis enzīms ir iesaistīts 2 "-5" saistītu oligonukleotīdu sintēzē, kas savukārt aktivizē latento šūnu endoribonukleāzi, kas šķeļ vīrusa mRNS. Citiem hibrīdiem IF bija lielāka antiproliferatīva aktivitāte nekā sākotnējām molekulām dažādu cilvēka vēža šūnu kultūrās.

Augšanas hormons

Stratēģiju jaunu proteīnu konstruēšanai, mainot funkcionālos domēnus vai ar mērķtiecīgu mutagēzi, var izmantot, lai uzlabotu vai vājinātu proteīna bioloģiskās īpašības. Piemēram, vietējais cilvēka augšanas hormons (HGH) dažādos šūnu tipos saistās gan ar augšanas hormona receptoriem, gan ar prolaktīna receptoriem. Lai izvairītos no nevēlamām blakusparādībām ārstēšanas laikā, ir jāizslēdz hGH piesaiste prolaktīna receptoriem. Tā kā augšanas hormona molekulas reģions, kas saistās ar šo receptoru, tikai daļēji sakrīt tās aminoskābju secībā ar tās molekulas reģionu, kas mijiedarbojas ar prolaktīna receptoru, bija iespējams selektīvi samazināt hormona saistīšanos ar pēdējo. Šim nolūkam tika izmantota vietnei specifiska mutaģenēze, kā rezultātā dažas izmaiņas dažu aminoskābju (His-18, His-21 un Glu-174) sānu grupās-Zn 2+ jonu ligandi, kas nepieciešami augstas afinitātes saistīšanai no hGH uz prolaktīna receptoru. Modificētais augšanas hormons saistās tikai ar "tā" receptoriem. Iegūtie rezultāti ir neapšaubāmi interesanti, taču vēl nav skaidrs, vai modificēto hGH var izmantot klīnikā.

Cistiskā fibroze

Visbiežāk nāvējošā iedzimta slimība kaukāziešu vidū ir cistiskā fibroze. Amerikas Savienotajās Valstīs konstatēti 30 000 šīs slimības gadījumu, Kanādā un Eiropā - 23 000. Pacienti ar cistisko fibrozi bieži cieš no infekcijas slimībām, kas skar plaušas. Atkārtotu infekciju ārstēšana ar antibiotikām galu galā noved pie patogēnu baktēriju rezistentu celmu rašanās. Baktērijas un to līzes produkti izraisa viskozu gļotu uzkrāšanos plaušās, kas apgrūtina elpošanu. Viena no gļotu sastāvdaļām ir augstas molekulmasas DNS, kas līzes laikā izdalās no baktēriju šūnām. Zinātnieki no biotehnoloģiju kompānijas Genentech (ASV) ir izolējuši un izteikuši DNāzes gēnu-fermentu, kas sadala augstas molekulmasas DNS īsākos fragmentos. Attīrītais enzīms tiek ievadīts aerosola sastāvā plaušu pacientiem ar cistisko fibrozi, tas sadala DNS, samazinās gļotu viskozitāte, kas atvieglo elpošanu. Lai gan šie pasākumi neizārstē cistisko fibrozi, tie sniedz atvieglojumu. Fermentu nesen apstiprināja ASV Pārtikas, zāļu un kosmētikas departaments, un 2000. gadā tas radīja aptuveni 100 miljonus ASV dolāru.

Vēl viens biotehnoloģisks produkts, kas palīdz pacientiem, ir algināta lāzeze. Algināts ir polisaharīds, ko sintezē dažādas aļģes, kā arī augsnes un jūras baktērijas. Tās monomēras vienības ir divi saharīdi-beta-D-mannuronāts un alfa-1-guluronāts, kuru relatīvais saturs un sadalījums nosaka konkrēta algināta īpašības. Tādējādi, piesaistot kalcija jonus, a-L-guluronāta atlikumi veido savstarpējās ķēdes un ķēdes savstarpējās saites; beta-D-mannuronāta atlikumi saistās ar citu metālu joniem. Algināts, kas satur šādas šķērssaites, veido elastīgu gēlu, kura viskozitāte ir tieši proporcionāla polisaharīdu molekulu lielumam.

Algināta izdalīšanās ar Pseudomonas aeruginosa gļotām celmiem ievērojami palielina gļotu viskozitāti pacientiem ar cistisko fibrozi. Lai atbrīvotu elpceļus un atvieglotu pacientu stāvokli, papildus ārstēšanai ar DNāzi, algināta depolimerizācija jāveic, izmantojot algināta lizu.

Algināta lāzes gēns tika izolēts no Flavobacterium sp., Gramnegatīvas augsnes baktērijas, kas aktīvi ražo šo fermentu. Pamatojoties uz E. coli, tika izveidota Flavobacterium klonu banka, un tika pārbaudīti tie, kas sintezē algināta lāzi, pārklājot visus klonus uz cietas barotnes, kas satur alginātu, pievienojot kalcija jonus. Šādos apstākļos viss algināts barotnē, izņemot to, kas ieskauj alginātu-lizāzi ražojošās kolonijas, veido saites un kļūst duļķains. Hidrolizēts algināts zaudē spēju veidot šķērssaites, tāpēc barotne ap kolonijām, kas sintezē algināta lāzi, paliek caurspīdīga. Analizējot klonēto DNS fragmentu, kas atrodas vienā no pozitīvajām kolonijām, tika atklāts atklāts lasīšanas rāmis, kas kodē polipeptīdu, kura molekulmasa ir aptuveni 69 000. Detalizētāki bioķīmiskie un ģenētiskie pētījumi liecina, ka šis polipeptīds, šķiet, ir trīs prekursors. alginātu lāzes, ko ražo Flavobacterium sp. Pirmkārt, kāds proteolītiskais enzīms no tā nogriež N-gala peptīdu, kas sver aptuveni 6000. Atlikušais proteīns ar molekulmasu 63 000 spēj depolimerizēt alginātu, ko ražo gan baktērijas, gan aļģes. Pēc tam to sagriežot, veidojas produkts ar molekulmasu 23 000, depolimerizējošs aļģu algināts un ferments ar molekulmasu 40 000, kas iznīcina baktēriju alginātu. Lai iegūtu lielu daudzumu fermenta ar molekulmasu 40 000, DNS, kas to kodē, tika pastiprināts ar polimerāzes ķēdes reakciju (PCR) un pēc tam ievietots plazmīda vektorā, kas izolēts no B. subrjlis, kas satur gēnu, kas kodē B. subrjlis signāla peptīdu a-amilāze. Transkripciju kontrolēja, izmantojot penicilināzes gēnu ekspresijas sistēmu. Kad B. subrjlis šūnas tika pārveidotas ar iegūto plazmīdu un pārklātas uz cietas barotnes, kas satur alginātu, pievienojot kalcija jonus, izveidojās kolonijas ar lielu halo. Kad šādas kolonijas tika audzētas šķidrā barotnē, rekombinantā algināta lāzeze tika izlaista barotnē. Turpmākie testi parādīja, ka šis enzīms spēj efektīvi sašķidrināt alginātus, ko sintezē P. aeruginosa gļotādas celmi, kas tika izolēti no plaušu pacientiem ar cistisko fibrozi. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noteiktu, vai rekombinantās algināta lizāzes klīniskā pārbaude ir piemērota.

Orgānu transplantāta atgrūšanas novēršana

Septiņdesmitajos gados. tika pārskatīti uzskati par pasīvo imunizāciju: to sāka uzskatīt par profilaktisku līdzekli transplantēto orgānu atgrūšanas apkarošanai. Tika ierosināts ievadīt pacientiem specifiskas antivielas, kas saistīsies ar noteikta veida limfocītiem, samazinot imūnreakciju pret transplantēto orgānu.

Peles monoklonālās antivielas OCTZ bija pirmās vielas, ko ASV Pārtikas, zāļu un kosmētikas departaments ieteica izmantot kā imūnsupresantus cilvēka orgānu transplantācijā. Tā sauktās T šūnas, limfocīti, kas diferencējas aizkrūts dziedzerī, ir atbildīgas par orgānu atgrūšanu. OCTZ saistās ar receptoru uz jebkuras T šūnas virsmas, ko sauc par CD3. Tas novērš pilnīgas imūnās atbildes veidošanos un transplantētā orgāna noraidīšanu. Šī imūnsupresija ir ļoti efektīva, lai gan tai ir dažas blakusparādības, piemēram, drudzis un izsitumi.

Ir izstrādātas metodes antivielu ražošanai, izmantojot E. coli. Hibridomas, tāpat kā vairums citu dzīvnieku šūnu kultūras, aug salīdzinoši lēni, nesasniedz augstu blīvumu, un tām ir vajadzīgas sarežģītas un dārgas barotnes. Šādā veidā iegūtās monoklonālās antivielas ir ļoti dārgas, kas neļauj to plaši izmantot klīnikā.

Lai atrisinātu šo problēmu, ir mēģināts izveidot sava veida "bioreaktoru", kura pamatā ir ģenētiski modificētas baktērijas, augi un dzīvnieki. Šim nolūkam saimnieka genomā tika ievadītas gēnu konstrukcijas, kas spēj kodēt atsevišķus antivielu reģionus. Dažu imūnterapijas līdzekļu efektīvai piegādei un darbībai bieži vien pietiek ar vienu antivielas antigēnu saistošu reģionu (Fab vai Fv fragmentu), t.i. antivielas Fc daļas klātbūtne nav obligāta.

ĢM augi - farmaceitisko līdzekļu ražotāji

Mūsdienās lauksaimniecības biotehnoloģijas izredzes nodrošināt tādus augus, kas tiks izmantoti kā zāles vai vakcīnas, izskatās arvien reālākas. Grūti iedomāties, cik tas varētu būt svarīgi nabadzīgajām valstīm, kur parastie medikamenti joprojām ir jaunums un tradicionālās PVO vakcinācijas programmas ir pārāk dārgas un grūti īstenojamas. Šī pētniecības joma ir jāatbalsta visos iespējamos veidos, tostarp sadarbojoties valsts un privātajam ekonomikas sektoram.

Starp gēniem, kuru ekspresija augos tiek uzskatīta par eksotisku, vissvarīgākie ir gēni, kas kodē medicīniski svarīgu polipeptīdu sintēzi. Acīmredzot Kalgena patents par peles interferona ekspresiju augu šūnās jāuzskata par pirmo veikto pētījumu šajā jomā. Vēlāk tika parādīta imūnglobulīnu sintēze augu lapās.

Turklāt augu genomā ir iespējams ievadīt gēnu, kas kodē vīrusa apvalka proteīnu (-us). Patērējot augu pārtikai, cilvēki pakāpeniski iegūs imunitāti pret šo vīrusu. Būtībā tā ir ārstniecības augu radīšana.

Transgēniem augiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar mikroorganismu, dzīvnieku un cilvēku šūnu kultūru rekombinanto proteīnu ražošanai. Starp transgēnu augu priekšrocībām mēs atzīmējam galvenos: liela apjoma ražošanas iespēju, lētumu, vieglu tīrīšanu, piemaisījumu neesamību, kam ir alerģiska, imūnsupresīva, kancerogēna, teratogēna un cita ietekme uz cilvēkiem. Augi var sintezēt, glikozilēt un savākt zīdītāju proteīnus no apakšvienībām. Mutes imunizācija notiek, ēdot neapstrādātus dārzeņus un augļus, kas satur gēnus, kas kodē vakcīnas olbaltumvielu sintēzi.

Viens no veidiem, kā samazināt gēnu noplūdes risku vidē, ko izmanto, jo īpaši ēdamo vakcīnu izveidē, ir svešu gēnu ievadīšana hloroplastos, nevis kodola hromosomās, kā parasti. Tiek uzskatīts, ka šī metode paplašinās ĢM augu pielietošanas jomu. Neskatoties uz to, ka vēlamo gēnu ievadīšana hloroplastos ir daudz grūtāka, šai metodei ir vairākas priekšrocības. Viens no tiem ir tas, ka svešas DNS no hloroplastiem nevar iekļūt ziedputekšņos. Tas pilnībā izslēdz iespēju nekontrolēti pārvietot ĢM materiālu.

Izmantojot DNS tehnoloģiju, lai izstrādātu vakcīnas

Daudzsološs virziens ir transgēnu augu radīšana, kas satur baktēriju un vīrusu proteīnu gēnus, kas izraisa infekcijas slimības. Patērējot neapstrādātus augļus un dārzeņus, kas satur šādus gēnus, vai to liofilizētas sulas, organisms tiek vakcinēts. Piemēram, kad kartupeļu augos tika ievests holēras enterotoksīna netoksiskās apakšvienības gēns un kad eksperimentālās pelēm tika baroti neapstrādāti bumbuļi, to ķermenī veidojās antivielas pret holēras patogēniem. Ir skaidrs, ka šādas ēdamās vakcīnas var būt efektīvs, vienkāršs un lēts veids, kā aizsargāt cilvēkus un nodrošināt pārtikas nekaitīgumu kopumā.

DNS tehnoloģiju attīstība pēdējās desmitgadēs ir radījusi revolūciju jaunu vakcīnu izstrādē un ražošanā. Izmantojot molekulārās bioloģijas un gēnu inženierijas metodes, tika identificēti daudzu infekcijas izraisītāju antigēnu noteicēji, tika klonēti gēni, kas kodē atbilstošos proteīnus, un dažos gadījumos tika uzsākta vakcīnu ražošana, pamatojoties uz šo antigēnu olbaltumvielu apakšvienībām. Caureja, ko izraisa infekcija ar Vibrio cholerae vai enterotoksigēnu E. coli (Escherichia coli), ir viena no bīstamākajām slimībām ar augstu nāves gadījumu skaitu, īpaši bērniem. Kopējais holēras slimību skaits pasaulē pārsniedz 5 miljonus gadījumu gadā, kā rezultātā mirst aptuveni 200 tūkstoši cilvēku. Tāpēc Pasaules Veselības organizācija (PVO) pievērš uzmanību caurejas infekciju profilaksei, visos iespējamos veidos stimulējot dažādu vakcīnu izveidi pret šīm slimībām. Holēras uzliesmojumi ir sastopami arī mūsu valstī, īpaši dienvidu reģionos.

Caurejas izraisītas baktēriju slimības ir plaši izplatītas arī lauksaimniecības dzīvniekiem un mājputniem, galvenokārt jauniem dzīvniekiem, kas izraisa lielus zaudējumus saimniecībās svara zuduma un mirstības dēļ.

Klasisks rekombinantās vakcīnas piemērs, kas iegūta, izmantojot mikroorganismus, ir hepatīta B virsmas antigēna ražošana. Vīrusa HBsAg gēns tika ievietots rauga plazmīdā, kā rezultātā raugā tika sintezēts vīrusu proteīns lielos daudzumos, kas pēc attīrīšanas , lieto injekcijām kā efektīvu vakcīnu pret hepatītu (Pelre et al., 1992).

Daudzas dienvidu valstis ar augstu saslimstību ar hepatītu vakcinē iedzīvotājus, tostarp bērnus, pret šo slimību. Diemžēl šādas vakcīnas izmaksas ir salīdzinoši augstas, kas neļauj plaši pieņemt universālas vakcinācijas programmas iedzīvotājiem valstīs ar zemu dzīves līmeni. Reaģējot uz šo situāciju, PVO deviņdesmito gadu sākumā uzsāka iniciatīvu, lai radītu jaunas tehnoloģijas, lai ražotu lētas vakcīnas pret infekcijas slimībām, kas pieejamas visām pasaules valstīm.

Pirms desmit gadiem tika izvirzīta koncepcija par transgēnu augu izmantošanu tā saukto "ēdamo" vakcīnu ražošanai. Patiešām, ja kāds augu ēdamais orgāns sintezē proteīnu-antigēnu ar spēcīgām perorālām imūnogēnām īpašībām, tad, ja šos augus ēd pārtikā, olbaltumvielu antigēns tiks sagremots paralēli atbilstošu antivielu ražošanai.

Iegūtie tabakas augi zem auga promotora nes gēnu, kas kodē B hepatīta vīrusa aploksnes antigēnu. Antigēna klātbūtni transgēnu augu lapās apstiprināja fermentu imūnanalīze. Ir pierādīta iegūtā rekombinantā antigēna un cilvēka seruma antigēna fizikāli ķīmiskās struktūras un imunoloģisko īpašību līdzība.

Augos ražoto antivielu identificēšana ir parādījusi iespēju vienā proteīna molekulā savākt divus rekombinantus gēnu produktus, kas prokariotu šūnās nav iespējams. Antivielu montāža notika, kad abas ķēdes tika sintezētas ar signālu secību. Turklāt līdztekus iespējai vienā augā ieviest divus gēnus, šo divu augu hibridizācijas laikā ir iespējams apvienot atsevišķas polipeptīdu ķēdes, kas sintezētas dažādos transgēnos augos. Vienā plazmīdā ir iespējams ieviest vairākus gēnus.

Transgēnos autoantigēnus ražojošos augus var izmantot arī citām autoimūnām slimībām, piemēram, multiplās sklerozes, reimatoīdā artrīta, insulīna atkarīgā diabēta un pat orgānu transplantācijas atgrūšanas gadījumā. No insulīna atkarīgs diabēts ir autoimūna slimība, kurā aizkuņģa dziedzera insulīnu ražojošās šūnas iznīcina pašu citotoksiskie T limfocīti. Ievērojama daudzuma imūngēno proteīnu perorāla profilaktiska lietošana var izraisīt profilaksi un ievērojamu autoimūno slimību simptomu parādīšanās aizkavēšanos. Tomēr tas ir iespējams tikai ievērojama autoantigēnu daudzuma klātbūtnē. Olbaltumvielas insulīns un aizkuņģa dziedzera glutamīnskābes dekarboksilāze (GAD65) tiek uzskatītas par perorālām vakcīnām insulīna atkarīgā diabēta profilaksei. Nesen Kanādas biotehnologi ir ieguvuši transgēnus kartupeļu augus, kas sintezē glutamīnskābes aizkuņģa dziedzera dekarboksilāzi. Barojot peles, kurām ir nosliece uz diabētu, tika novērots gan diabēta biežuma samazinājums, gan autoimūnās atbildes reakcijas lielums.

Iepriekš minētie gēnu inženierijas attīstības rezultāti pārliecinoši norāda uz iespēju izveidot "ēdamas" vakcīnas, kuru pamatā ir transgēni augi. Ņemot vērā, ka vakcīnu izstrāde cilvēkiem prasīs daudz ilgāku un stingrāku veselības pārbaudi, ir sagaidāms, ka pirmās ēdamās vakcīnas tiks izstrādātas dzīvniekiem. Pētījumi ar dzīvniekiem palīdzēs atklāt "ēdamo" vakcīnu darbības mehānismus, un tikai tad, pēc ilga pētījuma un visaptveroša novērtējuma, šādas vakcīnas var izmantot klīniskajā praksē. Neskatoties uz to, darbs šajā virzienā tiek aktīvi turpināts, un ideja par augu izmantošanu vakcīnu ražošanai jau ir patentēta Amerikas Savienotajās Valstīs, kas liecina par komerciālu interesi par šiem notikumiem.

Neskatoties uz šiem iepriecinošajiem rezultātiem, komerciālu “ēdamu” caurejas vakcīnu izstrādei nepieciešami turpmāki pētījumi. Baktēriju un holēras caurejas enterotoksisko formu patoģenēzē primārais ir nodrošināt baktēriju spēju vairoties tievajās zarnās. Šis process ir atkarīgs no Escherichia coli spējas pielipt, kas ir saistīts ar to, ka uz virsmas ir baktēriju šūnas, kas satur īpašus proteīna rakstura pavedienus - fimbriju. Uz caurejas slimnieku tievās zarnas sieniņām ir konstatēts ievērojami vairāk baktēriju nekā tās pašas zarnas daļas lūmenā, kas ir saistīts ar fimbriju adhezīnu klātbūtni Escherichia coli - olbaltumvielās, kas nodrošina saistīšanos ar receptoriem. zarnu epitēlija virsma.

Pat nepatogēni Escherichia coll celmi, kas saturēja plazmīdu, kas kodē adhezīna sintēzi, spēja kolonizēt zarnu un izraisīt caureju, neradot enterotoksīnus. Šajā sakarā, visticamāk, imunitāte pret toksīniem vien nebūs pietiekama, lai novērstu Vibrio cholerae vai Escherichia coli izraisītās patogēnās sekas. Iespējams, ka, lai pārvarētu šos efektus, papildus enterotoksīnu antigēniem būs jāizsaka strukturālo antigēnu, piemēram, lipopolisaharīdu, baktēriju ārējās membrānas proteīnu vai ar fimbrijām saistīto adhezīnu, neitralizējošie epitopi. šīs baktērijas, kas ir atbildīgas par saistīšanos ar zarnu gļotādu. Nesen vienu šādu adhezīnu, FimH, veiksmīgi izmantoja, lai imunizētu peles pret baktēriju caureju.

Vēl viena svarīga problēma, kas saistīta ar "ēdamu" vakcīnu izstrādi, ir heteroloģiskā antigēna ekspresijas līmenis augos. Tā kā iekšķīgai vakcīnas ievadīšanai nepieciešams lielāks antigēna daudzums nekā parenterālai ievadīšanai, jāpalielina augos sintezētā antigēna daudzums, kas šobrīd ir ne vairāk kā 0,3% no kopējā šķīstošā proteīna. Tajā pašā laikā ekspresijas līmenim jābūt pietiekami augstam, lai izraisītu imūnreakciju, bet zemākam par līmeni, kas izraisa toleranci pret antigēnu, kā tas ir gadījumā ar vielām, ko lieto kopā ar parasto pārtiku. Un tā kā imūnā atbilde (imunogenitāte pret toleranci) var būt specifiska antigēnam, katra potenciālā antigēna ekspresijas līmeņi būs jāizvēlas individuāli.

Eksperimenti rāda, ka heteroloģiskā antigēna ekspresijas līmeni augos var palielināt, izmantojot audiem specifiskus promotorus un pastiprinātājus, transkripcijas un translācijas pastiprinātājus, pievienojot transporta peptīdus, kā arī mainot atbilstošo gēnu nukleotīdu secību, izmantojot priekšroku kodoniem. augi. Tomēr jautājums par to, kurus augus vislabāk izmantot un kurā ēdamajā orgānā labāk izteikt antigēnu, prasa papildu izpēti, jo dažādi augi var saturēt vielas, kas bloķē vai palēnina imūnreakciju vai ir vienkārši toksiskas cilvēkiem un dzīvniekiem, piemēram, kā alkaloīdi.tabakas šūnās.

Veselības ABC - veselīga pārtika

Zinātniskā un tehnoloģiskā progresa sasniegumi ir ietekmējuši visas cilvēka darbības jomas, sākot no ražošanas līdz ikdienas dzīvei. Gadsimtiem ilgi cilvēki ir centušies atbrīvoties no fiziskas slodzes, automatizēt ražošanu, radīt sadzīves tehniku ​​utt. Un vispār viņi tika atbrīvoti. Tā rezultātā cilvēka ikdienas enerģijas patēriņš līdz XX gadsimta beigām, salīdzinot ar tā sākumu, samazinājās par 1,5-2 reizes.

Cilvēka veselību galvenokārt nosaka iedzimta nosliece (ģenētika) un uzturs. Pārtikas bāzes izveide vienmēr ir bijusi jebkuras valsts labklājības garantija un pamats. Tāpēc jebkura valsts ir ieinteresēta profilakses un veselības programmu projektos, kas uzlabo uztura struktūru, uzlabo dzīves kvalitāti, samazina saslimstību un mirstību. Tieši uzturs mūs cieši saista ar vidi, un pārtika ir materiāls, no kura tiek būvēts cilvēka ķermenis. Tāpēc zināšanas par optimālā uztura likumiem ļauj nodrošināt cilvēku veselību. Šīs zināšanas ir vienkāršas un ir šādas: patērē tik daudz enerģijas, cik tērē. Ikdienas uztura enerģētiskajai vērtībai (kaloriju saturam) jāatbilst ikdienas enerģijas patēriņam. Vēl viens ir maksimālais ēdienu daudzveidība, kas nodrošinās dažādu uztura ķīmisko sastāvu, lai apmierinātu cilvēku fizioloģiskās vajadzības pēc barības vielām (apmēram 600 vienības). Patērētajā pārtikā jābūt olbaltumvielām, taukiem, ogļhidrātiem, vitamīniem, minerālsāļiem, ūdenim, šķiedrvielām, fermentiem, aromatizētājiem un ekstrakcijas vielām, nelielām sastāvdaļām - bioflavonoīdiem, indoliem, antocianīdiem, izoflavoniem un daudziem citiem. Ja vismaz viena no šīm sastāvdaļām ir nepietiekama, ir iespējamas nopietnas veselības problēmas. Un, lai tas nenotiktu, cilvēka ikdienas uzturā jāiekļauj aptuveni 32 dažādu pārtikas produktu nosaukumi.

Optimālā barības vielu attiecība, kas nonāk organismā, palīdz saglabāt veselību un ilgmūžību. Bet diemžēl lielākajai daļai pasaules iedzīvotāju ir raksturīgs šādu uzturvielu trūkums: pilnvērtīgi (dzīvnieku) proteīni; polinepiesātinātās taukskābes; vitamīni C, B, B2, E, folijskābe, retinols, beta-karotīns un citi; makro- un mikroelementi: Ca, Fe, Zn, F, Se, I un citi; šķiedrvielas. Un pārmērīgs šādu dzīvnieku tauku un viegli sagremojamu ogļhidrātu patēriņš.

Lielākajai daļai iedzīvotāju olbaltumvielu deficīts ir vidēji 20%, lielākās daļas vitamīnu un mikroelementu saturs ir par 15-55% mazāks nekā aprēķinātās vajadzību pēc tām vērtības, un uztura šķiedrvielas ir par 30% zemākas. Uzturvērtības pārkāpums neizbēgami noved pie veselības pasliktināšanās un līdz ar to arī slimību attīstības. Ja visus Krievijas Federācijas iedzīvotājus ņemsim par 100%, tad tikai 20%būs veseli, cilvēki, kuriem ir slikta adaptācija (ar samazinātu adaptīvo pretestību) - 40%, un pirmsslimību un slimību stāvoklī - 20 %, attiecīgi.

Starp visbiežāk sastopamajām no uztura atkarīgajām slimībām ir šādas: ateroskleroze; hipertoniska slimība; hiperlipidēmija; aptaukošanās; diabēts; osteoporoze; podagra; daži ļaundabīgi audzēji.

Krievijas Federācijas un Ukrainas demogrāfisko rādītāju dinamiku pēdējo 10 gadu laikā raksturo arī ārkārtīgi negatīvas tendences. Mirstība gandrīz divas reizes pārsniedz dzimstību, paredzamais dzīves ilgums ir ievērojami zemāks ne tikai attīstītajām valstīm ...

Nāves cēloņu struktūrā vadošo vietu ieņem sirds un asinsvadu sistēmas patoloģijas un onkoloģiskās slimības - slimības, kuru risks cita starpā ir atkarīgs no uztura traucējumiem.

Jāņem vērā arī pārtikas produktu trūkums pasaulē. 20. gadsimta laikā pasaules iedzīvotāju skaits ir pieaudzis no 1,5 līdz 6 miljardiem cilvēku. Tiek pieņemts, ka līdz 2020. gadam tas pieaugs līdz 8 miljardiem vai vairāk, atkarībā no tā, kurš un kā rēķinās. Ir skaidrs, ka galvenais jautājums ir šāda cilvēku skaita uzturs. Neskatoties uz to, ka lauksaimnieciskā ražošana pēdējo 40 gadu laikā, pateicoties agronomisko metožu izvēlei un uzlabošanai, ir pieaugusi vidēji 2,5 reizes, tālāka izaugsme šķiet maz ticama. Tas nozīmē, ka lauksaimniecības pārtikas produktu ražošanas temps nākotnē arvien vairāk atpaliks no iedzīvotāju skaita pieauguma.

Mūsdienu cilvēks dienā patērē aptuveni 800 g pārtikas un 2 litrus ūdens. Tādējādi tikai vienas dienas laikā cilvēki apēd vairāk nekā 4 miljonus tonnu pārtikas. Jau šobrīd pārtikas produktu deficīts pasaulē pārsniedz 60 miljonus tonnu, un prognozes rada vilšanos ...

Problēmas risinājums, kā palielināt pārtikas ražošanu, izmantojot vecās metodes, vairs nav iespējams. Turklāt tradicionālās lauksaimniecības tehnoloģijas nav atjaunojamas: pēdējo 20 gadu laikā cilvēce ir zaudējusi vairāk nekā 15% auglīgā augsnes slāņa, un lielākā daļa audzēšanai piemēroto jau ir iesaistīti lauksaimnieciskajā ražošanā.

Situācijas analīze, kas pēdējos gados ir izveidojusies Krievijas agrorūpnieciskajā kompleksā, liecina par dzīvo iedzīvotāju skaita samazināšanos un visu veidu lauksaimniecības produktu ražošanas samazināšanos vairāk nekā 1,5 reizes. Paliekot kopējiem dabas un darbaspēka resursu apjomiem, krīze izraisīja strauju aramzemes izmantošanas pasliktināšanos, agroekosistēmu produktivitātes samazināšanos, no apgrozības tika izņemti vairāk nekā 30 miljoni hektāru augsti produktīvu agrocenozu.

Līdz šim veiktie pasākumi, lai stabilizētu situāciju lauksaimniecības tirgū, ir izrādījušies neefektīvi un nepietiekami. Un pārtikas imports ir pārsniedzis visas saprātīgās robežas un apšaubījis pārtikas nodrošinājumu.

Pamatojoties uz uztura struktūras optimizācijas nozīmi nācijas veselībai, attīstībai un valsts drošībai, ir izstrādāts prioritārs virziens, lai uzlabotu Krievijas iedzīvotāju uzturu: pilnvērtīgu olbaltumvielu deficīta novēršana; mikroelementu trūkumu novēršana; radot apstākļus optimālai bērnu fiziskai un garīgai attīstībai; nodrošināt vietējo un importēto pārtikas produktu drošību; iedzīvotāju zināšanu līmeņa paaugstināšana veselīga uztura jautājumos. Mūsdienu pārtikas ražošanas stratēģijas zinātniskais pamats ir jaunu resursu meklēšana, kas nodrošina optimālu pārtikas ķīmisko sastāvdaļu attiecību cilvēka ķermenim. Šīs problēmas risinājums galvenokārt ir atrast jaunus olbaltumvielu un vitamīnu avotus.

Piemēram, augs, kas satur pilnvērtīgu olbaltumvielu, kas aminoskābju komplekta ziņā nav zemāks par dzīvnieku olbaltumvielām, ir soja. Produktu ieviešana no tā uzturā ļauj kompensēt olbaltumvielu trūkumu, kā arī dažādas nelielas sastāvdaļas, jo īpaši izoflavonus.

Viens no pārtikas problēmas risinājumiem ir pārtikas produktu un to sastāvdaļu ķīmiskā sintēze, un daži panākumi jau ir sasniegti vitamīnu preparātu ražošanā. Ļoti daudzsološa un jau izmantota metode augstas kvalitātes pārtikas produktu iegūšanai ir to bagātināšana ar olbaltumvielām un vitamīniem tehnoloģiskās apstrādes procesā, tas ir, pārtikas ražošanā ar noteiktu ķīmisko sastāvu.

Vēl viens veids ir mikroorganismu izmantošana kā atsevišķas pārtikas produktu sastāvdaļas, jo mikroorganismu augšanas ātrums ir tūkstoš reižu lielāks nekā lauksaimniecības dzīvnieku un 500 reizes lielāks nekā augu.

Ir svarīgi, lai mikroorganismos būtu iespējama mērķtiecīga ģenētiska iepriekšēja to ķīmiskā sastāva noteikšana, tās uzlabošana, kas tieši nosaka to uzturvērtību un lietošanas perspektīvas.

Tādējādi jaunajā gadsimtā pārtikas ražošana nevar iztikt bez augsto moderno tehnoloģiju izmantošanas un, jo īpaši, neizmantojot biotehnoloģiju, mikroorganismu izmantošanu pārtikas iegūšanai.

Pieaugot izpratnei par veselīga dzīvesveida nozīmi, ir pieaudzis pieprasījums pēc pārtikas produktiem, kas nesatur kaitīgas vielas. Un šeit DNS tehnologi nevarēja nepiedalīties.

Iepriekš mēs jau minējām cukurbietes, kas ražo fruktānu-zemas kaloritātes saharozes aizstājēju. Šis rezultāts tika iegūts, biešu genomā ievietojot gēnu no topinambūra, kas kodē fermentu, kas saharozi pārvērš fruktānā. Tādējādi 90% uzkrāto saharozes transgēnu biešu augos tiek pārvērsti fruktānā.

Vēl viens piemērs darbam pie "funkcionāla uztura" produktu radīšanas ir mēģinājums radīt kafiju bez kofeīna. Zinātnieku komanda Havaju salās ir izolējusi fermenta ksantozīna-N7-metiltransferāzes gēnu, kas katalizē kritisko pirmo soli kofeīna sintēzē kafijas lapās un pupiņās. Ar Agrobacterium palīdzību Arabica kafijas audu kultūras šūnās tika ievietota šī gēna antisense versija. Pārveidoto šūnu pētījumi parādīja, ka kofeīna līmenis tajos ir tikai 2% no normālā. Ja darbs pie pārveidoto augu atjaunošanas un pavairošanas ir veiksmīgs, tad to izmantošana ļaus izvairīties no kafijas ķīmiskās kofeīna noņemšanas procesa, kas ļaus ne tikai ietaupīt 2,00 USD par kilogramu kafijas (procesa izmaksas), bet arī saglabāt šādā veidā sabojāta dzēriena garša, kas daļēji tiek zaudēta kofeīna noņemšanas laikā. ...

Jaunattīstības valstīm, kur simtiem miljonu cilvēku ir badā, īpaši nepieciešama pārtikas kvalitātes uzlabošana. Piemēram, visā pasaulē audzētiem pākšaugiem trūkst sēru saturošu aminoskābju, tostarp metionīna. Tagad tiek aktīvi mēģināts palielināt metionīna koncentrāciju pākšaugos. ĢM augos ir iespējams palielināt uzglabāšanas olbaltumvielu saturu par 25% (līdz šim tas tika darīts dažām pupiņu šķirnēm). Vēl viens piemērs, kas jau minēts, ir ar beta karotīnu bagātinātie “zelta rīsi”, ko ieguvis Cīrihes Tehniskās universitātes profesors Potrikus. Rūpniecības pakāpes iegūšana būtu ārkārtējs sasniegums. Rīsus mēģina arī bagātināt ar B vitamīnu, kura trūkums izraisa anēmiju un citas slimības.

Darbs pie augkopības kvalitātes īpašību uzlabošanas labi ilustrē mūsdienu DNS tehnoloģiju iespējas visdažādāko problēmu risināšanā.

Pārtika kā zāles

Termins "biotehnoloģija" attiecas uz rūpniecisko metožu kopumu, kuru ražošanai tiek izmantoti dzīvi organismi un bioloģiskie procesi. Biotehnoloģiskās metodes ir tikpat senas kā pasaule - vīna darīšana, cepšana, brūvēšana, siera gatavošana balstās uz mikroorganismu izmantošanu un pieder arī biotehnoloģijai.

Mūsdienu biotehnoloģijas pamatā ir šūnu un gēnu inženierija, kas ļauj iegūt vērtīgas bioloģiski aktīvas vielas - antibiotikas, hormonus, fermentus, imūnmodulatorus, sintētiskās vakcīnas, aminoskābes, kā arī pārtikas olbaltumvielas, lai radītu jaunas augu un dzīvnieku šķirņu šķirnes . Jaunu pieeju izmantošanas galvenā priekšrocība ir ražošanas atkarības no dabas resursiem samazināšanās, ekoloģiski un ekonomiski visizdevīgāko lauksaimniecības metožu izmantošana.

Ģenētiski modificētu augu radīšana ļauj daudzkārt paātrināt šķirņu audzēšanas procesu, kā arī iegūt kultūraugus ar īpašībām, kuras nevar audzēt, izmantojot tradicionālās metodes. Kultūraugu ģenētiskā modifikācija padara tos izturīgus pret pesticīdiem, kaitēkļiem, slimībām, samazinot zudumus audzēšanas, uzglabāšanas laikā un uzlabojot produktu kvalitāti.

Kas ir raksturīgs otrās paaudzes transgēnām kultūrām, kuras jau tiek ražotas rūpnieciskā mērogā? Viņiem ir augstākas agrotehniskās īpašības, tas ir, lielāka izturība pret kaitēkļiem un nezālēm, un līdz ar to arī lielāka raža.

No medicīnas viedokļa būtiskas transgēnu produktu priekšrocības ir tādas, ka, pirmkārt, bija iespējams ievērojami samazināt pesticīdu atlieku daudzumu, kas ļāva samazināt cilvēka ķermeņa ķīmisko slodzi nelabvēlīgā vides situācijā. Otrkārt, piešķirt augiem insekticīdas īpašības, kā rezultātā samazinās to invāzija ar kukaiņiem, un tas ievērojami samazina pelējuma sēnīšu invāziju. Ir zināms, ka tie ražo mikotoksīnus (jo īpaši fumonizīnus - graudaugu dabiskos piesārņotājus), kas ir toksiski cilvēkiem.

Tādējādi gan pirmās, gan otrās paaudzes ĢM produkti pozitīvi ietekmē cilvēku veselību ne tikai netieši - uzlabojot vidi, bet arī tieši - samazinot pesticīdu atlieku daudzumu un mikotoksīnu saturu. Nav pārsteidzoši, ka transgēno kultūru aizņemtās platības gadu no gada palielinās.

Bet tagad vislielākā uzmanība tiks pievērsta trešās paaudzes produktu radīšanai ar uzlabotu vai modificētu uzturvērtību, izturīgiem pret klimatiskajiem faktoriem, augsnes sāļumu, kā arī ar ilgstošu glabāšanas laiku un uzlabotām garšas īpašībām, ko raksturo alergēni.

Ceturtās paaudzes kultūrām papildus iepriekš minētajām īpašībām būs raksturīgas izmaiņas augu arhitektūrā (piemēram, īss augums), ziedēšanas un augļu laika izmaiņas, kas ļaus augt tropiskie augļi vidējā joslā, augļu lieluma, formas un skaita izmaiņas, fotosintēzes efektivitātes palielināšanās, barības vielu ražošana ar paaugstinātu asimilācijas līmeni, tas ir, labāk uzsūcas organismā.

Uzlabojot ģenētiskās modifikācijas metodes, kā arī padziļinot zināšanas par pārtikas funkcijām un par vielmaiņu cilvēka organismā, būs iespējams ražot produktus, kas paredzēti ne tikai atbilstoša uztura nodrošināšanai, bet arī veselības uzlabošanai un slimību profilaksei. .

Augu bioreaktori

Viena no daudzsološajām augu DNS tehnoloģiju jomām ir tādu bioreaktoru iekārtu izveide, kas spēj ražot olbaltumvielas, kas nepieciešamas medicīnā, farmakoloģijā uc , un augsta produktivitāte. Turklāt svešas izcelsmes olbaltumvielas nerada augos imūnreakciju, ko dzīvniekiem ir grūti sasniegt.

Nepieciešams iegūt veselu bioloģiski aktīvu olbaltumvielu komplektu, kas, ņemot vērā ļoti zemu sintēzes līmeni konkrētos audos vai produktos, nav pieejams pētīšanai pēc darbības mehānisma, plašas izmantošanas vai papildu izmantošanas jomu noteikšanas. . Šie proteīni ietver, piemēram, laktoferīnu, kas nelielā daudzumā atrodams zīdītāju pienā, asins leikocītos.

Cilvēka laktoferīnu (hLF) sola izmantot kā uztura bagātinātāju un ārstniecisku preparātu mazu bērnu kuņģa -zarnu trakta infekcijas slimību profilaksei un ārstēšanai, palielinot organisma imūnreakciju ļaundabīgās un vairākās vīrusu (AIDS) slimībās. Laktoferrīna ražošana no liellopu piena zemā satura dēļ rada lielas zāļu izmaksas. Ieviešot laktoferīna gēna cDNS tabakas šūnās, tika iegūti vairāki kallusa audi, sintezējot saīsinātu laktoferīnu, kura antibakteriālās īpašības bija daudz spēcīgākas nekā vietējā laktoferīna antibakteriālās īpašības. Šī saīsinātā laktoferrīna koncentrācija tabakas šūnās bija 0,6-2,5%.

Gēni tiek ievietoti augu genomā, kura produkti cilvēkiem un dzīvniekiem izraisa imūnreakciju, piemēram, pret dažādu slimību izraisītāju, īpaši holēras, hepatīta, caurejas, apvalka proteīniem, kā arī pret antigēniem dažu audzēju plazmas membrānas.

Tiek radīti transgēni augi, kas nes gēnus, kas ražo dažus hormonu terapijai nepieciešamos hormonus cilvēkiem utt.

Augu izmantošanas piemērs vakcīnu radīšanai ir Stenfordas universitātē paveiktais. Šajā darbā antivielas pret vienu no vēža formām tika iegūtas, izmantojot modernizētu tabakas mozaīkas vīrusu, kurā tika ievietots hipervariālais limfomas imūnglobulīna reģions. Augi, kas inficēti ar modernizēto vīrusu, ražoja pareizas konformācijas antivielas tādā daudzumā, kas bija pietiekams klīniskai lietošanai. 80% no pelēm, kuras saņēma antivielas, izdzīvoja limfomu, bet visas peles, kuras nesaņēma vakcīnu, nomira. Piedāvātā metode ļauj ātri iegūt pacientam specifiskas antivielas tādā daudzumā, kas ir pietiekams klīniskai lietošanai.

Izredzes izmantot augus antivielu ražošanai ir lielas. Kevins Uzils un kolēģi parādīja, ka sojas ražotās antivielas bija efektīvas, lai aizsargātu peles no inficēšanās ar herpes vīrusu. Salīdzinot ar antivielām, kas ražotas zīdītāju šūnu kultūrās, augu ražotajām antivielām bija līdzīgas fizikālās īpašības, tās palika stabilas cilvēka šūnās un neatšķīrās ar spēju saistīt un neitralizēt vīrusu. Klīniskie pētījumi ir parādījuši, ka tabakas radīto antivielu izmantošana efektīvi kavēja mutantu streptokoku pavairošanu, kas izraisa zobu bojāšanos.

Tika izveidota kartupeļu ražotā vakcīna pret insulīna atkarīgo diabētu. Kartupeļu bumbuļos tika uzkrāts himērisks proteīns, kas sastāv no holēras toksīna B apakšvienības un proinsulīna. B apakšvienības klātbūtne šūnām atvieglo šī produkta patēriņu, kas padara vakcīnu 100 reizes efektīvāku. Bumbuļu barošana ar mikrogramu insulīna daudzumu pelēm ar cukura diabētu palēnināja slimības progresēšanu.

Gēnu tehnoloģijas cīņā pret vides piesārņojumu. Fitomediācija

Ar savu rīcību cilvēks iejaucās dzīvības evolūcijas attīstībā uz Zemes un iznīcināja no cilvēka neatkarīgas biosfēras esamību. Bet viņam neizdevās atcelt biosfēru reglamentējošos pamatlikumus un atbrīvoties no to ietekmes.

Atjaunoties pēc nākamās kataklizmas no atlikušajiem perēkļiem, pielāgoties un attīstīties, dzīvei tomēr vienmēr bija galvenais attīstības virziens. To noteica Ruljē vēsturiskās attīstības likums, saskaņā ar kuru dzīves progresa un evolūcijas neatgriezeniskuma ietvaros viss tiecas uz neatkarību no vides apstākļiem. Vēsturiskajā procesā šāda tiekšanās tiek realizēta, palielinot organizācijas sarežģītību, kas izpaužas pieaugošajā struktūras un funkciju diferenciācijā. Tādējādi katrā secīgā evolūcijas spirāles pagriezienā parādās organismi ar arvien sarežģītāku nervu sistēmu un tās centru - smadzenēm. 19. gadsimta evolūcijas zinātnieki viņi šo evolūcijas virzienu sauca par "cefalizāciju" (no grieķu valodas "cephalon" - smadzenes). Tomēr primātu cefalizācija un viņu ķermeņa sarežģījumi galu galā nostādīja cilvēci kā bioloģisku sugu uz izmiršanas robežas saskaņā ar paātrinot evolūciju, saskaņā ar kuru bioloģiskās sistēmas sarežģījums nozīmē sugas vidējā ilguma samazināšanos un tās attīstības ātruma palielināšanos. Piemēram, putnu sugas vidējais dzīves ilgums ir 2 miljoni gadu, zīdītāji - 800 tūkstoši gadu, cilvēka senču formas - 200-500 tūkstoši gadu. Mūsdienu cilvēku pasugas pēc dažām idejām pastāv tikai no 50 līdz 100 tūkstošiem gadu, taču daudzi zinātnieki uzskata, ka tās ģenētiskais potenciāls un rezerves ir izsmeltas (Dlekseenko, Keisevich, 1997).

Mūsdienu cilvēka senči spēra savu ceļu uz ceļu, kas pastiprina konfrontāciju ar biosfēru un noved pie katastrofas apmēram pirms 1,5–3 miljoniem gadu, kad viņi pirmo reizi sāka lietot uguni. No šī brīža cilvēka un biosfēras ceļi atšķīrās, sākās to pretestība, kuras rezultāts var būt biosfēras sabrukums vai cilvēka kā sugas izzušana.

Cilvēce nevar pamest nevienu no civilizācijas sasniegumiem, pat ja tie ir postoši: atšķirībā no dzīvniekiem, kuri izmanto tikai atjaunojamos enerģijas avotus un tādos daudzumos, kas atbilst biosfēras spējai pašpavairot biomasu, cilvēce var pastāvēt, izmantojot ne tik daudz atjaunojamo, cik neatjaunojamo atjaunojamās enerģijas nesēji un enerģijas avoti. Jauni izgudrojumi šajā jomā šo opozīciju tikai pastiprina.

Viena no jaunākajām tendencēm transgēnu augu izmantošanā ir to pielietojums fitoremediācijai - augsnes, ūdens mārciņu tīrīšanai u.c. - no piesārņotājiem: smagajiem metāliem, radionuklīdiem un citiem kaitīgiem savienojumiem.

Vides piesārņojums ar dabīgām vielām (eļļu, smagajiem metāliem utt.) Un sintētiskiem savienojumiem (ksenobiotikām), kas bieži ir toksiskas visām dzīvajām būtnēm, gadu no gada palielinās. Kā novērst turpmāku biosfēras piesārņošanu un likvidēt tās esošos perēkļus? Viens no risinājumiem ir ģenētisko tehnoloģiju izmantošana. Piemēram, dzīvi organismi, galvenokārt mikroorganismi. Šo pieeju sauc par "bioremediation" - biotehnoloģiju, kuras mērķis ir aizsargāt vidi. Atšķirībā no rūpnieciskajām biotehnoloģijām, kuru galvenais mērķis ir iegūt noderīgus mikroorganismu metabolītus, cīņa pret piesārņojumu neizbēgami ir saistīta ar mikroorganismu "izlaišanu" vidē, kas prasa padziļinātu izpratni par to mijiedarbību ar to. Mikroorganismi rada bioloģisko noārdīšanos - iznīcina bīstamus savienojumus, kas vairumam nav parasts substrāts. Bioķīmiskie ceļi sarežģītu organisko savienojumu noārdīšanai var būt diezgan plaši (piemēram, naftalīnu un tā atvasinājumus iznīcina ducis dažādu fermentu).

Organisko savienojumu noārdīšanos baktērijās visbiežāk kontrolē plazmīdas. Tos sauc par noārdīšanās plazmīdām vai D-plazmīdām. Tie sadala tādus savienojumus kā salicilāts, naftalīns, kampars, oktāns, toluols, ksilols, bifenils utt. Lielākā daļa D-plazmīdu tika izolētas Pseudomonas ģints baktēriju augsnes celmos. Bet tās ir arī citās baktērijās: Alcalkjenes, Flavobacterium, Artrobacter utt. Plazmas, kas kontrolē izturību pret smagajiem metāliem, ir atrastas daudzās pseidomonādēs. Gandrīz visas D-plazmīdas, kā saka eksperti, ir konjugācijas, t.i. spēj patstāvīgi pāriet potenciālā saņēmēja šūnās.

D-plazmīdas var kontrolēt gan organiskā savienojuma noārdīšanās sākotnējos posmus, gan to pilnīgu noārdīšanos. Pirmais veids ir OST plazmīds, kas kontrolē alifātisko ogļūdeņražu oksidēšanos par aldehīdiem. Tajā esošie gēni kontrolē divu fermentu ekspresiju: ​​hidroksilāzi, kas pārvērš ogļūdeņražus spirtā, un spirta dehidrogenāzi, kas oksidē alkoholu par aldehīdu. Turpmāko oksidāciju veic fermenti, par kuru sintēzi "atbild" hromosomu gēni. Tomēr lielākā daļa D-plazmīdu pieder otrajam tipam.

Dzīvsudrabu izturīgās baktērijas izsaka mer A gēnu, kas kodē proteīnu dzīvsudraba pārnešanai un detoksikācijai. Modificētā mer A gēna konstrukcija tika izmantota, lai pārveidotu tabaku, rapsi, papeles un Arabidopsis. Hidroponiskajā kultūrā augi ar šo gēnu tika iegūti no ūdens vides līdz 80% dzīvsudraba jonu. Tajā pašā laikā netika nomākta transgēnu augu augšana un vielmaiņa. Dzīvsudraba izturība ir nodota sēklu paaudzēs.

Tulpju kokā (Liriodendron tulipifera) ieviešot trīs modificētas mer A gēna konstrukcijas, vienas no iegūtajām līnijām augiem bija raksturīgs straujš augšanas ātrums dzīvsudraba hlorīda (HgCl 2) koncentrācijas klātbūtnē, kas ir bīstama kontroles augiem. . Šīs līnijas augi absorbēja un pārvērta mazāk toksiskā dzīvsudraba elementārā formā un iztvaicēja līdz 10 reizēm vairāk jonu dzīvsudraba nekā kontroles augi. Zinātnieki uzskata, ka elementārais dzīvsudrabs, ko iztvaicē šīs sugas transgēni koki, nekavējoties izkliedēsies gaisā.

Smagie metāli ir neatņemama zemes piesārņotāju sastāvdaļa, ko izmanto lauksaimnieciskajā ražošanā. Attiecībā uz kadmiju ir zināms, ka lielākā daļa augu to uzkrājas saknēs, bet daži augi, piemēram, salāti un tabaka, uzkrājas galvenokārt lapās. Kadmijs augsnē nonāk galvenokārt no rūpnieciskām emisijām un kā piemaisījums fosfora mēslošanas līdzekļos.

Viena no metodēm, kā samazināt kadmija uzņemšanu cilvēka un dzīvnieku ķermenī, var būt transgēnu augu ražošana, kas lapās uzkrāj mazāku šī metāla daudzumu. Šī pieeja ir vērtīga tām augu sugām, kuru lapas izmanto pārtikai vai dzīvnieku barībai.

Varat arī izmantot metallotioneīnus, mazus ar cisteīnu bagātus proteīnus, kas var saistīt smagos metālus. Ir pierādīts, ka zīdītāju metalotioneīns ir funkcionāls augos. Tika iegūti transgēni augi, kas ekspresē metalotioneīnu gēnus, un tika pierādīts, ka šie augi ir izturīgāki pret kadmiju nekā kontroles augi.

Transgēniem augiem ar zīdītāju hMTII gēnu kadmija koncentrācija stublājos bija par 60–70% zemāka nekā kontrolē, un arī kadmija pārnešana no saknēm uz kātiem bija samazināta - tikai 20% no absorbētā kadmija tika nogādāti uz kātiem.

Ir zināms, ka augi uzkrāj smagos metālus, ekstrahējot tos no augsnes vai ūdens. Phytoremediation ir balstīta uz šo īpašību, kas ir sadalīta fitoekstrakcijā un rizofiltrācijā. Fitoekstrakcija attiecas uz strauji augošu augu izmantošanu smago metālu iegūšanai no augsnes. Rizofiltrācija ir toksisku metālu absorbcija un koncentrācija no ūdens, ko veic augu saknes. Augi, kas absorbējuši metālus, tiek kompostēti vai sadedzināti. Augi ievērojami atšķiras pēc to uzglabāšanas jaudas. Tādējādi Briseles kāposti var uzkrāt līdz 3,5% svina (pamatojoties uz augu sauso svaru), bet tā saknes - līdz 20%. Šis augs arī veiksmīgi uzkrāj varu, niķeli, hromu, cinku utt. Fitomediācija ir arī daudzsološa augsnes un ūdens attīrīšanai no radionuklīdiem. Bet augi nesadala toksiskus organiskos savienojumus; daudzsološāk šeit ir izmantot mikroorganismus. Lai gan daži autori uzstāj, ka fitoremediācijas laikā jāsamazina organisko piesārņotāju koncentrācija, tos galvenokārt iznīcina nevis augi, bet mikroorganismi, kas dzīvo viņu rizosfērā.

Lucernas simbiotiskais slāpekļa fiksators Rhlzobium melitotj ir integrēts ar vairākiem gēniem, kas sadala degvielā esošo benzīnu, toluīnu un ksilolu. Lūcernas dziļā sakņu sistēma ļauj attīrīt ar naftas produktiem piesārņoto augsni 2–2,5 metru dziļumā.

Jāatceras, ka lielākā daļa ksenobiotiku ir parādījušies vidē pēdējo 50 gadu laikā. Bet dabā jau ir mikroorganismi, kas spēj tos izmantot. Tas liek domāt, ka mikroorganismu populācijās diezgan ātri notiek ģenētiski notikumi, kas nosaka to evolūciju, precīzāk, mikroevolūciju. Tā kā ksenobiotiku skaits saistībā ar mūsu tehnogēno civilizāciju kļūst arvien lielāks, ir svarīgi iegūt vispārēju izpratni par mikroorganismu metabolismu un to vielmaiņas spējām. Tas viss prasīja jaunas zinātnes - metabolomikas - izstrādi. Tā pamatā ir fakts, ka mutācijas rezultātā baktērijas var iegūt spēju apstrādāt jaunus savienojumus. Parasti tas prasa vairākas secīgas mutācijas vai jaunu gēnu sistēmu ievietošanu no tām, kas jau pastāv cita veida mikroorganismos. Piemēram, stabila halogēna organiskā savienojuma sadalīšanai ir nepieciešama ģenētiskā informācija, kas atrodas dažādu mikroorganismu šūnās. Dabā šāda informācijas apmaiņa notiek horizontālas gēnu pārneses dēļ, un laboratorijās tiek izmantotas no dabas ņemtas DNS tehnoloģiju metodes.

Fito- un bioremediācijas tālāka attīstība ir sarežģīta problēma, kas jo īpaši saistīta ar augu un rizosfēras mikroorganismu izmantošanu. Augi veiksmīgi iegūs smagos metālus no augsnes, un rizosfēras baktērijas sadalīs organiskos savienojumus, palielinot fitoremediācijas efektivitāti, veicinot augu augšanu, bet augi - uz to saknēm dzīvojošo mikroorganismu attīstību.

Vides piesārņojumu var uzskatīt par ekosistēmu slimību, un bioremediāciju - par ārstēšanu. Tas arī jāuzskata par daudzu cilvēku slimību profilaksi, ko izraisa vides piesārņojums. Salīdzinot ar citām tīrīšanas metodēm, šī ir daudz lētāka. Ar izkliedētu piesārņojumu (pesticīdi, nafta un naftas produkti, trinitrotoluols, kas piesārņoja daudzas zemes), tam nav alternatīvas. Tīrot vidi no piesārņojuma, ir svarīgi pareizi noteikt prioritātes, līdz minimumam samazinot riskus, kas saistīti ar šo vai citu piesārņojumu, un ņemot vērā konkrētā savienojuma īpašības un tā ietekmi, pirmkārt, uz cilvēku veselību. Nepieciešami likumdošanas akti un noteikumi, kas reglamentē ĢM mikroorganismu ievešanu vidē, ar kuriem ir īpašas cerības attīrīties no jebkādiem piesārņotājiem. Atšķirībā no rūpnieciskās biotehnoloģijas, kur ir iespējams stingri kontrolēt visus tehnoloģiskā procesa parametrus, bioloģiskā attīrīšana tiek veikta atklātā sistēmā, kur šāda kontrole ir sarežģīta. Zināmā mērā tā vienmēr ir “zinātība”, sava veida māksla.

Mikroorganismu priekšrocība naftas produktu attīrīšanā tika pilnībā pierādīta, kad pēc tankkuģu katastrofas 5000 m 3 naftas noplūda jūrā pie Aļaskas krastiem. Aptuveni 1,5 tūkstoši km piekrastes līnijas bija piesārņoti ar naftu. Mehāniskajā tīrīšanā piedalījās 11 000 strādnieku un dažādas iekārtas (tas maksāja 1 miljonu ASV dolāru dienā). Bet bija vēl viens veids: tajā pašā laikā, lai attīrītu piekrasti, augsnē tika ieviesta mēslošana ar slāpekli, kas paātrināja dabisko mikrobu kopienu attīstību. Tas paātrināja eļļas sadalīšanos 3-5 reizes. Rezultātā piesārņojums, kura sekas, pēc aprēķiniem, varētu ietekmēt pat pēc 10 gadiem, tika pilnībā likvidēts 2 gadu laikā, iztērējot nepilnus 1 miljonu dolāru bioremediācijai.

Bioloģiskās attīrīšanas, tehnoloģiju un tās pielietošanas metožu attīstībai nepieciešama starpdisciplināra pieeja un speciālistu sadarbība ģenētikas un molekulārās bioloģijas, ekoloģijas un citu disciplīnu jomā. Tādējādi gēnu inženierijas izmantošanas virzieni ir ļoti dažādi un plaši, un daži no tiem ir fantastiski un vienlaikus ļoti daudzsološi sasniedzamo rezultātu ziņā.

Pētījums par dzīvo organismu reakciju uz vides izmaiņām ir ārkārtīgi svarīgs, lai novērtētu šo izmaiņu, jo īpaši antropogēnās izcelsmes, ietekmi uz bioloģisko daudzveidību, kuras saglabāšana ir vissvarīgākais cilvēku civilizācijas uzdevums.

Saskaņā ar Ekonomiskās sadarbības un attīstības organizācijas (OECD) datiem, potenciālais bioloģiskās attīrīšanas tirgus ir vairāk nekā 75 miljardi ASV dolāru. Biotehnoloģiju paātrināta ieviešana vides aizsardzībai jo īpaši ir saistīta ar to, ka tās ir daudz lētākas nekā cita veida tīrīšana tehnoloģijas. Saskaņā ar OECD datiem bioloģiskajai attīrīšanai ir vietēja, reģionāla un globāla nozīme, un attīrīšanai arvien vairāk tiks izmantoti gan dabiskie organismi, gan ĢMO.

Biodegviela

Ņemot vērā ierobežotās fosilās enerģijas rezerves, tagad īpaša uzmanība jāpievērš iespējai izmantot jaunus degvielas veidus - metānu, ūdeņradi utt., Kā arī atjaunojamos enerģijas avotus. Tomēr vispārējā enerģijas bilancē tādi videi draudzīgi enerģijas avoti kā Saules enerģija, jūras straumes, ūdens, vējš utt. Var veidot ne vairāk kā 20% no to kopējās produkcijas. Šajā situācijā viens no daudzsološākajiem atjaunojamiem enerģijas avotiem ir biomasa, kuras izmantošana tiek pastāvīgi uzlabota. Tajā pašā laikā līdztekus tiešai sadedzināšanai plaši tiek izmantoti biokonversijas procesi, piemēram, spirta un anaerobā fermentācija, termiskā konversija, gazifikācija, pirolīze utt., Ko izmanto kā degvielas piedevu importētās eļļas vietā. Tādā pašā nolūkā ir uzsākta melno vīnogulāju dabisko biezokņu izmantošana, kas aizņem aptuveni 6 miljonus hektāru valsts ziemeļaustrumu reģionos.

Ja Indijā, Ķīnā un dažās citās valstīs lauksaimniecības atkritumi tiek izmantoti biogāzes iegūšanai, tad Zviedrijā, Vācijā, Brazīlijā, ASV, Kanādā lauksaimniecības kultūras tiek īpaši audzētas etanola degvielas ražošanai. Efektīvs fosilā kurināmā aizstājējs ir rapšu un rapšu eļļa, kuras pavasara formas var audzēt Krievijā līdz polārajam lokam. Sojas pupas, saulespuķes un citas kultūras var būt arī augu eļļas avots biodegvielas ražošanai. Brazīlijā degvielas etanola ražošanai arvien vairāk izmanto cukurniedres, bet ASV - kukurūzu.

Enerģijas izlaides koeficients (lietderīgo produktu kopējā enerģijas ekvivalenta attiecība pret visām tās ražošanas izmaksām) ir 1,3 cukurbietēm; lopbarības zāles - 2,1; rapši - 2,6; kviešu salmi - 2,9. Tajā pašā laikā, tā kā par izejvielu no katra hektāra tiek izmantoti 60 centneri kviešu salmu, ir iespējams iegūt 10 tūkstošus m 3 ģeneratora gāzes jeb 57,1 GJ.

Tā kā daudzās valstīs strauji izsīkst naftas, gāzes un ogļu dabas resursi, īpaša uzmanība tiek pievērsta tā sauktajām naftu saturošajām iekārtām-Euphorbia lathyris (euphorbia) un E.tirucallii no eiforbiju dzimtas (Kupharbiacea), kas satur latekss, kura terpēnu sastāvs pēc īpašībām ir tuvs augstas kvalitātes eļļai. Tajā pašā laikā šo augu sausnas raža ir aptuveni 20 t / ha, un eļļai līdzīga produkta raža Ziemeļkalifornijas apstākļos (ti, 200-400 mm nokrišņu zonā gadā) ) var sasniegt 65 barelus izejvielu uz hektāru. Tāpēc ir izdevīgāk audzēt augu aizstājējus fosilajam kurināmajam, jo ​​no katra hektāra var iegūt vairāk nekā 3600 petrodolārus, kas graudu ekvivalentā būs 460 centneri / ha, t.i. 20 reizes lielāka par vidējo kviešu ražu ASV un Kanādā. Ja atceramies pazīstamo ASV saukli "par katru naftas barelu graudu bušelis", tad pēc šodienas naftas, gāzes un graudu cenām tas nozīmē apmaiņu - 1 graudu dolāru par aptuveni 25 petrodolāriem. Protams, muca eļļas neaizstās graudu krūmu burtiskā nozīmē, un tālu no katras zonas varēs audzēt šāda veida augus. Bet alternatīvu degvielu iegūšana mērķtiecīgā augu selekcijā arī pārvērš augsti produktīvu agrofitocenozu tehnisko un enerģētisko komponentu par reproducējamu un videi draudzīgu faktoru, lai pastiprinātu augkopību, un, protams, tas ir viens no nesāpīgākajiem risinājumiem tādām valstīm kā Ukraina - izmantot iekārtas lielos apjomos kā atjaunojamus resursus, tostarp enerģiju (biodīzeļdegviela, smērvielas utt.). Piemēram, ziemas rapša ražošana jau nodrošina 1: 5 enerģijas patēriņa attiecību pret izvadīto enerģiju.

ĢMO un bioloģiskā daudzveidība

Mūsdienu selekcijas posma būtiskais moments ir skaidra izpratne, ka tās attīstības pamats, tostarp gēnu inženierijas metožu izmantošana, ir bioloģiskā daudzveidība.

Augu valstības attīstība sekoja sugu skaita un to "ekoloģiskās specializācijas" reizināšanas ceļam. Šis fakts norāda uz draudiem samazināt bioloģisko (ģenētisko) daudzveidību biosfērā kopumā un jo īpaši agroekosistēmās. Straujš sugu un ģenētiskās daudzveidības samazinājums ir samazinājis ne tikai augkopības pretestību laika apstākļu un klimata pārmaiņu kaprīzēm, bet arī spēju efektīvāk izmantot saules enerģiju un citus dabas vides neizsmeļamos resursus (oglekli, skābekli, ūdeņradis, slāpeklis un citi biofīli elementi), kas, kā zināms, veido 90–95% no fitomasas sausnas. Turklāt tas noved pie to gēnu un gēnu kombināciju pazušanas, kuras varētu izmantot nākotnes selekcijas darbā.

Viena un tā pati teritorija, uzsvēra Čārlzs Darvins (1859), var nodrošināt vairāk dzīvības, jo daudzveidīgākas ir tās apdzīvotās formas. Katrai kultivēto augu sugai saistībā ar tās evolūcijas vēsturi un selekcionāra specifisko darbu ir raksturīga sava "agroekoloģiskā pase", t.i. ražas lieluma un kvalitātes ierobežošana līdz noteiktai temperatūras, mitruma, apgaismojuma, minerālu barības elementu satura kombinācijai, kā arī to nevienmērīgam sadalījumam laikā un telpā. Tāpēc bioloģiskās daudzveidības samazināšanās lauksaimniecības ainavās cita starpā samazina iespēju dabas resursu diferencētai izmantošanai un līdz ar to arī I un II tipa zemes diferencētās nomas maksas ieviešanai. Tajā pašā laikā agroekosistēmu ekoloģiskā stabilitāte ir vājināta, jo īpaši nelabvēlīgos augsnes, klimatiskajos un laika apstākļos.

Ir zināms katastrofas apmērs, ko izraisīja kartupeļu bojājums un nematodes, bojātie kvieši, katastrofāli kviešu zaudējumi rūsas bojājumu dēļ, kukurūza helmintiosporiozes epifitotikas dēļ, niedru stādījumu iznīcināšana vīrusu ietekmē utt.

Strauju 21. gadsimta sākumā kultivēto augu sugu ģenētiskās daudzveidības samazināšanos skaidri apliecina fakts, ka no 250 tūkstošiem ziedošo augu sugu pēdējo 10 tūkstošu gadu laikā cilvēks kultūrā ieviesa 5–7 tūkstošus sugu, no kuriem tikai 20 kultūras (14 no tām pieder graudiem un pākšaugiem) veido pasaules iedzīvotāju mūsdienu uztura pamatu. Kopumā līdz šim aptuveni 60% pārtikas produktu tiek ražoti vairāku graudaugu kultūru audzēšanas dēļ, un vairāk nekā 90% cilvēku vajadzību pēc pārtikas nodrošina 15 lauksaimniecības augu sugas un 8 mājdzīvnieku sugas. Tātad no 1940 miljoniem tonnu graudu produkcijas gandrīz 98% attiecas uz kviešiem (589 miljoni tonnu), rīsiem (563 miljoni tonnu), kukurūzu (604 miljoni tonnu) un miežiem (138 miljoni tonnu). No 22 zināmajiem rīsu veidiem (Oryza ģints) tikai divi tiek plaši kultivēti (Oryza glaberrima un O.sativa). Līdzīga situācija izveidojusies ar pākšaugiem, kuru 25 svarīgāko sugu kopprodukcija ir tikai aptuveni 200 miljoni tonnu.Un lielākā daļa no tām ir sojas pupas un zemesrieksti, kurus audzē galvenokārt kā eļļas augu sēklas. Šī iemesla dēļ organisko savienojumu daudzveidība cilvēka uzturā ir ievērojami samazinājusies. Var pieņemt, ka Homo sapiens kā vienai no bioloģiskajām sugām evolūcijas "atmiņā" tiek ierakstīta nepieciešamība pēc lielas pārtikas bioķīmiskās mainības. Tāpēc tās vienveidības pieaugošajai tendencei var būt visnegatīvākās sekas veselībai. Plašās onkoloģisko slimību, aterosklerozes, depresijas un citu slimību izplatības dēļ tiek pievērsta uzmanība vitamīnu, tonizējošo vielu, polinepiesātināto tauku un citu bioloģiski vērtīgu vielu trūkumam.

Ir acīmredzams, ka svarīgs faktors konkrētas vērtīgas kultūras izplatībā ir tās izmantošanas apjoms. Tādējādi straujais sojas un kukurūzas platības pieaugums ASV un citās valstīs ir saistīts ar simtiem atbilstošu produktu nosaukumu ražošanu. Dažādošanas uzdevums ir ļoti svarīgs arī citām kultūrām (piemēram, augstas kvalitātes alu sāka iegūt no sorgo, viskiju no rudziem utt.).

Plašākas platības palielināšana tādām vērtīgām kultūrām kā griķi (Fagopyrum), kam piemīt augstas pielāgošanās spējas dažādos, tostarp nelabvēlīgos vides apstākļos, amarants (Amaranthus), ir pelnījis lielāku uzmanību, lai atrisinātu savstarpēji saistītas veselīgas pārtikas problēmas un palielinātu sugu daudzveidību no agroekosistēmām, kvinoja (Chenopodium quinoa), rapšu sēklas, sinepes un pat kartupeļi.

Attīstoties ģeogrāfiskajiem atklājumiem un pasaules tirdzniecībai, plaši izplatījās jaunu augu sugu ieviešana. Rakstiski pieminekļi, piemēram, liecina, ka jau 1500. gadā pirms mūsu ēras. Ēģiptes faraons Hatšepsuts nosūtīja kuģus uz Austrumāfriku, lai savāktu reliģiskos rituālos izmantotos augus. Japānā atrodas piemineklis Tadži Mamori, kurš pēc imperatora pavēles devās uz Ķīnu, lai savāktu citrusaugļus. Augu ģenētisko resursu mobilizācijā īpaša loma bijusi lauksaimniecības attīstībai. No ASV vēstures ir zināms, ka jau 1897. gadā Nīls Hansens ieradās Sibīrijā, meklējot lucernu un citus lopbarības augus, kas spēj veiksmīgi augt Ziemeļamerikas prēriju sausos un aukstos apstākļos. Tiek uzskatīts, ka tajā laikā no Krievijas Amerikas Savienotajās Valstīs tika ievestas tādas svarīgas lopbarības kultūras kā uguns, cūka, auzene, ezis, baltais smilga, lucerna, āboliņš un daudzi citi. Aptuveni tajā pašā laikā Marks Kārletons Krievijā vāca kviešu šķirnes, no kurām Harkovas šķirne ilgu laiku ASV aizņēma vairāk nekā 21 miljonu akru gadā un kļuva par pamatu cieto kviešu ražošanai Ziemeļu līdzenumu zonā (Žučenko). , 2004).

Pašlaik turpinās jaunu augu sugu ieviešana kultūrā. Peru Andos tika atrasta dažāda lupīna (tarvi), ko patērēja mūsdienu indiāņu senči, kas olbaltumvielu satura ziņā pārspēj pat soju. Turklāt tarvi ir izturīgs pret zemām temperatūrām, nav prasīgs augsnes auglībai. Audzētājiem izdevās iegūt tarvi formas, kas satur mazāk nekā 0,025% alkaloīdu, salīdzinot ar 3,3% izejmateriālā. Ekonomiskās sugas ietver arī Austrālijas garšaugu (Echinochloa lurnerana), kas var būt lieliska prosai līdzīga kultūra ļoti sausos apgabalos. Starp daudzsološajām kultūrām uzmanību ir pelnījusi suga Bauhinia esculenta, kas, tāpat kā Psophocarpus tetragonolobus, veido bumbuļus, un tās sēklas satur vairāk nekā 30% olbaltumvielu un tauku. Ļoti sausos apstākļos var izmantot Voandzeia subterranea sugu, kas ir ne tikai bagāta ar olbaltumvielām, bet arī izturīgāka pret sausumu nekā zemesrieksti, kā arī labāk pretojas slimībām un kaitēkļiem. Sausām un neauglīgām eļļas augu zemēm Cucurbita foetidissima no Cucurbitaceae dzimtas tiek uzskatīta par daudzsološu, bet sāļajām ganībām - dažas Chenopodiaceae dzimtas Atriplex ģints sugas, kas caur lapām izdala lieko sāli.

Šobrīd daudzās pasaules valstīs notiek aktīvs selekcijas darbs ar amarantu (Amaranthus), kas ir aizmirsta inku kultūra, kuras sēklas, salīdzinot ar izmantotajām graudaugu vārpu augu sugām, satur divreiz vairāk olbaltumvielu, t.sk. 2-3 reizes vairāk lizīna un metionīna, 2-4 reizes vairāk tauku utt. Ir konstatētas kukurūzas līnijas, kas baktēriju Spirillum lipoferum klātbūtnes dēļ uz saknēm fiksē atmosfēras slāpekli tādā pašā daudzumā kā sojas pupu augi. Tika konstatēts, ka slāpekli fiksējošās baktērijas darbojas uz vairāku tropisko zālaugu sugu saknēm, asimilējot slāpekli ne mazāk aktīvi kā pākšaugu Rhizobium ģints baktērijas. Tādējādi bija iespējams atrast tropu zālaugu sugas, kas spēj fiksēt līdz 1,7 kg slāpekļa dienā uz hektāru, t.i. 620 kg gadā.

Daudzās valstīs, tostarp Eiropas valstīs, kartupeļi ir galvenais C vitamīna avots, jo tie tiek patērēti lielos daudzumos. Ir zināms, ka kartupeļu ražošana pasaulē ir aptuveni 300 miljoni tonnu.

Tajā pašā laikā no 154 zināmajām kartupeļu sugām visur sastopama tikai viena - Solanum tuberosum. Ir acīmredzams, ka saistībā ar pieaugošajām vairošanās iespējām palielināt augu potenciālo produktivitāti, kā arī nepieciešamību palielināt agrocenozu ekoloģisko stabilitāti un attīstīt maz augiem izmantojamas platības, cilvēka darbības mērogs līdz ievērojami ieviesīs jaunas augu sugas kultūrā. Galu galā "bezsamaņā" (Darvina termins) un apzinātā atlase noveda pie tā, ka kultivēto augu adaptācijas potenciāls būtiski atšķiras no to savvaļas priekšteču adaptācijas potenciāla ne tikai pašu pielāgošanās kritēriju atšķirību, bet arī tā galveno sastāvdaļu dēļ : potenciālā produktivitāte, izturība pret abiotiskiem un biotiskiem stresiem, ekonomiski vērtīgu vielu saturs.

Līdz ar augu genofonda saglabāšanu dabas liegumos, svētnīcās un nacionālajos ekoparkos, t.i. in situ “gēnu banku” vai “germlasmas banku” izveidei, lai nodrošinātu ex situ kolekciju drošu saglabāšanu, būs arvien lielāka nozīme nākamajā periodā. Pēdējā organizēšanas iniciators bija N.I. Vavilovs, kurš VIR savāca tolaik pasaulē lielāko augu resursu banku, kas kalpoja par piemēru un pamatu visām nākamajām bankām, un pats galvenais - vairāk nekā vienu reizi izglāba vairākas valstis no posta un bada ( piemēram, pateicoties rezistences gēnu klātbūtnei VIR gēnu bankā).

Pateicoties N.I. ideoloģijas turpināšanai. Vavilovs līdz 90. gadu beigām nacionālajās un starptautiskajās augu kolekcijās sasniedza vairāk nekā 6 miljonus īpatņu, tai skaitā vairāk nekā 1,2 miljonus graudaugu, 400 tūkstošus pārtikas pākšaugu, 215 tūkstošus lopbarības, 140 tūkstošus dārzeņu, vairāk nekā 70 tūkstošus sakņu kultūru. Tajā pašā laikā 32% paraugu tiek glabāti Eiropā, 25% - Āzijā, 12% - Ziemeļamerikā, 10% - Latīņamerikā un starptautiskajos centros, 6% - Āfrikā, 5% - Tuvajos Austrumos .

Ģenētisko kolekciju paraugu daudzuma un kvalitātes ziņā lielākās ir ASV (550 tūkstoši), Ķīna (440 tūkstoši), Indija (345 tūkstoši) un Krievija (320 tūkstoši). Līdz ar augu resursu saglabāšanu gēnu bankās arvien plašāk tiek veidotas floras un faunas dabas rezerves. Sakarā ar dramatiski palielināto pasaules pārtikas tirgus integrāciju, ievērojami palielinājusies arī augu ģenētisko resursu apmaiņa starp valstīm. Šo procesu pamatā ir izpratne, ka neviena valsts vai reģions nav pašpietiekams ģenētisko resursu nodrošināšanas ziņā. Nacionālo botānisko dārzu izveide vairākās valstīs ir lielā mērā veicinājusi ģenētisko resursu mobilizāciju. Starp tiem, piemēram, botāniskais dārzs, kas izveidots Londonā 1760. gadā un pastāvīgi importējis eksotiskas augu sugas no koloniālajām valstīm.

Šobrīd Starptautiskā augu ģenētisko resursu padome (IBPGR) koordinē darbu pie augu genofonda saglabāšanas pasaulē. Kopš 1980. gada tiek īstenota Eiropas Ģenētisko resursu sadarbības programma. Svarīga loma tajā ir arī FAO Augu ģenētisko resursu komisijai, 1992. gadā pieņemtajām starptautisko konferenču lēmumiem, Konvencijai par bioloģisko daudzveidību. Tajā pašā laikā darbojas dažādu veidu gēnu bankas. Daži no tiem atbalsta tikai vienu kultūru un tās savvaļas radiniekus, citi - vairākas noteiktas augsnes un klimatiskās zonas kultūras; kamēr daži satur pamata kolekcijas ilgstošai uzglabāšanai, bet citi ir vērsti uz atlases centru un pētniecības iestāžu vajadzību apmierināšanu. Tātad gēnu bankā Kew Gardens (Anglija) tiek glabāti tikai savvaļas augi (apmēram 5000 sugu).

Lauksaimniecības intensifikācijas adaptīvā stratēģija izvirza kvalitatīvi jaunas prasības pasaules augu resursu mobilizēšanai attiecībā uz genofonda savākšanu, uzglabāšanu un izmantošanu, tostarp jaunu augu sugu ieviešanu kultūrā. Pašlaik pasaulē, tostarp Eiropā, draud pilnīga iznīcināšana vairāk nekā 25 tūkstošiem augstāku augu sugu, tai skaitā Eiropā - katra trešā daļa no 11,5 tūkstošiem sugu. Daudzas primitīvas kviešu, miežu, rudzu, lēcu un citu kultūru formas ir zaudētas uz visiem laikiem. Īpaši ātri pazūd vietējās šķirnes un nezāļu sugas. Tātad, ja Ķīnā un Indijā 50. gadu sākumā. XX gadsimts. tika izmantoti tūkstošiem kviešu šķirņu, tad jau 70. gados - tikai desmitiem. Tajā pašā laikā katra suga, ekotips, vietējā šķirne ir unikāls koagulētu gēnu bloku komplekss, kas radīts ilgstošas ​​dabiskas vai mākslīgas atlases laikā, kas galu galā nodrošina visefektīvāko dabas un antropogēno resursu izmantošanu noteiktā ekoloģiskajā nišā.

Izpratne par augstāku augu evolucionārās "atmiņas" retrospektīvo raksturu skaidri norāda uz nepieciešamību saglabāt floras sugu daudzveidību ne tikai gēnu bankās un ģenētisko resursu centros, bet arī dabiskos apstākļos, t.i. pastāvīgi mainīgas dinamiskas sistēmas stāvoklī. Tajā pašā laikā ģenētisko sistēmu ģenētisko kolekciju izveide ģenētiskās informācijas pārveidošanai, ieskaitot resistēmas, mei-mutantus, gametocidālos gēnus, poliploīdās struktūras, dažāda veida rekombinācijas sistēmas, reproduktīvās izolācijas sistēmas utt. Ir skaidrs, ka tie var būt būtiski nākotnes selekcijas attīstībai, izmantojot gēnu inženierijas tehnoloģijas. Svarīgi ir arī identificēt un saglabāt stabilu homeostatisko sistēmu veidošanās ģenētiskos noteicējus, sinerģētiskās, kumulatīvās, kompensējošās un citas koenotiskās reakcijas, kas nodrošina biocenotiskās vides ekoloģisko "buferizāciju" un dinamisku līdzsvaru. Arī tādas ģenētiski noteiktas augu iezīmes kā konkurētspēja, alelopātiska un simbiotiska mijiedarbība un citi biocenotiskā līmenī realizēti vidi veidojoši efekti ir pelnījuši lielāku uzmanību. Īpaša uzmanība jāpievērš augu sugām, kurām ir konstitutīva izturība pret vides faktoriem. Ir zināms, ka XX gadsimta otrajā pusē. vairākās valstīs šāda veida kultūraugu platība ir ievērojami palielinājusies (dažkārt pat 60-80 reizes).

Pašlaik pasaulē darbojas vairāk nekā 1460 valstu gēnu bankas, tostarp aptuveni 300 lielas, kurās ex situ apstākļos tiek garantēta kultivēto augu un to savvaļas radinieku paraugu uzglabāšana. Ex situ kolekcijas glabā arī botāniskie dārzi, kuru pasaulē ir aptuveni 2 tūkstoši (apmēram 80 tūkstoši augu sugu, 4 miljoni paraugu un 600 sēklu bankas). Viņu klātbūtne liecina par valsts suverenitāti, kultūras līmeni, rūpes par valsts un pasaules nākotni. Līdz 2002. gadam FDO padomdevēju grupas kontrolē starptautiskos centros tika saglabāti vairāk nekā 532 tūkstoši augu īpatņu, no kuriem 73% pieder tradicionālajiem un zemes īpašumiem, kā arī kultivēto augu savvaļas radiniekiem. Kā atzīmēja Dleksanjans (2003), jānošķir jēdzieni “gēnu banka” un “ex silu kolekcijas”. Ja pirmais ir garantēta genofonda glabāšana speciāli aprīkotās telpās, tad "ex situ kolekcijās" ietilpst paraugi, kas interesē to turētājus.

50. gadu sākumā. XX gadsimtā pirmā daļēji pundurīša rīsu šķirne tika iegūta, izmantojot ķīniešu šķirnes Fee-geo-woo pundura gēnu, un kviešu šķirne Gaines Amerikas Savienoto Valstu Klusā okeāna ziemeļrietumu apūdeņotajās zemēs deva rekordauglu ražu-141 kg. / ha. 1966. gadā tika izveidota šķirne IR 8, kas saņēma segvārdu "brīnuma rīsi". Ar augsto lauksaimniecības tehnoloģiju šīs šķirnes deva 80 un pat 130 c / ha. Līdzīgi rezultāti tika iegūti ar prosu. Kamēr veco šķirņu ražas indekss bija 30–40%, jaunajās-50–60% un vairāk.

Turpmākas iespējas palielināt ienesīgumu, palielinot ienesīguma indeksu, ir ierobežotas. Tāpēc daudz lielāka uzmanība jāpievērš neto fotosintēzes apjoma palielināšanai. Augkopības jomā ir jākoncentrējas uz plašu agroekosistēmu un lauku ainavu sugu un šķirņu neviendabīgumu, kā arī apdrošināšanas kultūru, kā arī kultūraugu un savstarpēji apdrošināto šķirņu izvēli, un tajā ir iekļauta arī diferencēta pieeja adaptīvās īstenošanai. katra no tiem potenciālu. Nevar uzskatīt par šķirnes un agroekosistēmas augsto potenciālo produktivitāti, kas panākta, (un reizēm) samazinot to ekoloģisko izturību pret vides faktoriem, kas ierobežo ražas lielumu un kvalitāti, kā arī pārmērīgi bioenerģiju patērējošas ekoloģiskās ilgtspējas darbību. kā adaptīvs, jo kultivētiem augiem galvenais pielāgošanās rādītājs galu galā ir nodrošināt ražas augstu vērtību un kvalitāti. Gēnu bankās uzkrātie gēnu fondi var būt avots zinātniski pamatotai selekcijai, lai radītu nepieciešamās šķirnes.

Jāuzsver, ka kultivēto augu pasaules gēnu bankās ir savākti miljoniem pievienošanos, tomēr līdz šim tikai 1% no tiem ir pētīti saistībā ar to potenciālajām īpašībām (Žučenko, 2004). Tajā pašā laikā to ģenētiskā komponenta - lauksaimniecības sugu gēnu kopumu, kas nosaka vietējo agrosistēmu īpašības - kontrolei un uzlabošanai ir galvenā nozīme ilgtspējīgu lauksaimniecības sistēmu izveidē.