Tratamentul artritei reumatoide cu medicamente antireumatice de bază modificatoare ale bolii (PDMD)

În tratamentul artritei reumatoide, medicamentele sunt utilizate pentru a încetini progresia eroziunii articulare. Acestea sunt medicamente antireumatice de bază care modifică boala (DMP), care sunt o componentă importantă a programului general de tratament. Ce sunt aceste medicamente și cum funcționează?

Medicamentele care modifică boala acționează asupra sistemului imunitar pentru a încetini progresia poliartritei reumatoide, de unde provine numele lor. Există multe medicamente diferite care se încadrează în categoria DMARD, dar unele sunt cele mai frecvent utilizate:

Rheumatex (Metotrexat)- principalul medicament din categoria BPRP. Acționează în același mod ca și alte medicamente și este mai eficient în multe cazuri. De asemenea, este relativ ieftin și în mare parte sigur. Ca și alte DOP, metotrexatul are o serie de reacții adverse: poate provoca tulburări de stomac, poate fi toxic pentru ficat sau măduva osoasă și poate afecta sarcina. În rare ocazii, provoacă dificultăți de respirație. O circulație bună este esențială atunci când luați metotrexat. Utilizarea concomitentă a acidului folic poate reduce unele dintre efectele secundare. Cel mai important avantaj al metotrexatului este că poate fi utilizat pe o perioadă lungă de timp. Medicamentul poate fi administrat și copiilor.

Agenți biologici: Enbrel (etanercet), Humira (adalimumab), Kineret (anakinra), Orentia (abatacet), Remikad (infliximab) și Rituxan (rituximab). Acestea sunt cele mai noi medicamente pentru tratamentul artritei reumatoide, administrate subcutanat sau intravenos. Ele neutralizează activitatea sistemului imunitar care dăunează articulațiilor. Atunci când sunt combinate cu metotrexat, aceste medicamente ajută majoritatea oamenilor să depășească simptomele artritei reumatoide. Studiile au arătat că aceste medicamente au mai puține efecte secundare decât alte DOP. Una dintre complicații este o susceptibilitate crescută la boli infecțioase acute. Aceste medicamente pot afecta negativ afecțiunile ficatului și ale sângelui și trebuie utilizate cu prudență în prezența afecțiunilor cardiace cronice. Alte posibile reacții adverse pot apărea numai după utilizarea prelungită a medicamentelor.

Plaquenil (hidroxiclorochina)și Azulfidine(sulfasalina ) utilizat pentru artrita reumatoidă moderată. Nu sunt la fel de puternice ca alte DOP, dar au mai puține efecte secundare. În cazuri rare, Plaquenil are un efect negativ asupra ochilor. Pacienții care iau acest medicament ar trebui să fie examinați anual de un oftalmolog.

Minocin (Minociclina) Este un antibiotic care poate opri procesul inflamator în PR. Efectul său apare după câteva luni. În alte cazuri, este nevoie de un an pentru ca întreaga gamă de efecte secundare să apară. Cu utilizarea prelungită, minociclina poate provoca pigmentarea pielii.

Arava (leflunomidă) acționează ca metotrexatul și este mai eficient în combinație cu acesta. Medicamentele au reacții adverse similare. Arava poate provoca diaree, caz în care ar trebui întreruptă. Deoarece Arava are un efect negativ asupra fătului, este contraindicat femeilor în timpul sarcinii.

Neoral (azatioprină) este folosit pentru diferite boli însoțite de inflamație, inclusiv poliartrita reumatoidă. Cu toate acestea, datorită efectului său negativ asupra funcției renale și a altor efecte secundare, este de obicei utilizat pentru a trata exacerbările poliartritei reumatoide dacă alte medicamente sunt ineficiente.

Imunar (azatioprină) utilizat pentru diferite afecțiuni inflamatorii, inclusiv artrita reumatoidă. Cele mai frecvente efecte secundare sunt greața și vărsăturile, uneori dureri de stomac și diaree. Utilizarea pe termen lung a azatioprinei crește probabilitatea de a dezvolta cancer.

DMARD-urile încetinesc ritmul cu care evoluează artrita reumatoidă și ajută mulți oameni să-și îmbunătățească calitatea vieții. În unele cazuri, poate apărea remisiunea. Practic, medicamentele asigură o încetinire a ratei de progresie a bolii.

Utilizarea unui singur PDRP sau combinația acestora poate prelungi cursul asimptomatic al poliartritei reumatoide și poate atenua manifestările acute ale bolii. Articulațiile tale vor avea nevoie de mai puțin timp pentru a se balansa dimineața. La următorul control, medicul reumatolog vă poate sfătui că nu există leziuni noi la ultimele radiografii. De asemenea, utilizarea regulată a BPRP reduce probabilitatea unui proces distructiv pe termen lung în articulații.

Sunt BPRP-urile sigure? Toate FDP-urile sunt aprobate de Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente. Mulți oameni iau aceste medicamente fără absolut niciun efect secundar.

Cu toate acestea, acționând asupra simptomelor poliartritei reumatoide, PDBM-urile au un efect asupra întregului organism, acțiunea lor puternică, de regulă, provoacă unele efecte secundare. Există următoarele efecte secundare tipice ale PDBM:

Stomac deranjat. DMARD provoacă adesea greață, uneori vărsături și diaree. Aceste simptome pot fi tratate cu alte medicamente. Complicațiile dispar, de asemenea, pe măsură ce corpul tău se obișnuiește cu medicamentul. Dacă simptomele sunt inconfortabile, medicul reumatolog vă va prescrie un alt remediu.

Disfuncție hepatică. Această complicație este mai puțin frecventă decât indigestia. Va trebui să faceți periodic analize de sânge pentru a verifica dacă există leziuni hepatice.

Starea sângelui. DMARDs pot provoca disfuncționalități ale sistemului imunitar și pot crește riscul de boli infecțioase. De asemenea, poate scădea nivelul celulelor albe din sânge care protejează organismul de infecții. Numărul scăzut de celule roșii din sânge (anemie) crește oboseala. Un simplu test efectuat în mod regulat vă va ajuta să vă mențineți celulele roșii sub control.

Data publicării articolului: 08.08.2016

Data actualizării articolului: 28.01.

Artrita este denumirea generală pentru un grup de boli articulare de natură inflamatorie de diverse origini. Inflamația uneia sau mai multor articulații în același timp poate fi atât o boală independentă, cât și o manifestare a patologiei sistemice a corpului.

Ce este artrita în cel mai simplu sens? În termeni simpli, aceasta este o inflamație a cartilajului, membranei sinoviale, capsulei, lichidului articular și a altor elemente ale articulației.

Există mai mult de 10 tipuri de artrită (mai multe despre ele - mai târziu în articol). Mecanismul de dezvoltare a diferitelor tipuri de boală este aproape același, cu excepția unor nuanțe.

Patologia afectează negativ calitatea vieții pacientului, principalele sale simptome: sindromul durerii, umflarea și roșeața zonei afectate, creșterea locală a temperaturii, restricția mișcării, deformarea articulațiilor. Devine dificil pentru o persoană să desfășoare activități de zi cu zi și, în cazul unui curs sever al bolii, chiar și mișcări elementare. Artrita cronică pe termen lung duce adesea la imobilizarea parțială sau completă cu înregistrarea unui grup de dizabilități.

Orice tip de artrită este tratabil(unele tipuri sunt tratate mai bine și mai ușor, altele sunt mai rele), mai ales în prezent (articolul a fost scris în 2016), când au fost dezvoltate și aplicate cu succes multe metode de tratament care vă permit să combateți eficient nu numai simptomele boala, dar și cauza și efectul acesteia.

Artrita poate fi tratată de către medici din următoarele trei specialități: reumatolog, artrolog, traumatolog ortoped. Dacă inflamația articulațiilor s-a dezvoltat pe fondul tuberculozei, sifilisului, brucelozei sau altei infecții, atunci accentul este pus pe tratamentul bolii de bază, care este tratată, respectiv, de un ftiziatru, specialist în boli infecțioase sau dermatolog. -venereolog.

Mai jos voi descrie în detaliu tipurile, cauzele și simptomele artritei, voi vorbi despre metodele moderne de diagnostic și metodele de tratare a bolii.

Tipuri de artrită

Clasificarea artritei pe categorii	Vizualizări
Artrita inflamatorie	Psoriatic
	Reumatice
	reumatoid
	Reactiv
	Infecțios
	Tuberculos
Artrita degenerativa	Traumatic
	Osteoartrita
Luând în considerare cauza și mecanismul dezvoltării	Primar - spondilita anchilozanta, boala Still, pseudoguta, artrita reumatica, psoriazica, septica, artrita juvenila, diverse tipuri de artrita infectioasa specifica (virala, dizenteria sau gonoreica).
	Secundar - apar pe fondul unei patologii de bază, de exemplu, o tumoare malignă, osteomielita, boli autoimune, sarcoidoză, hepatită, borelioză, unele boli ale sângelui, plămânilor sau tractului gastrointestinal.
După numărul de articulații afectate	Monoartrita - inflamație izolată a unei singure articulații, de obicei mare
	Oligoartrita - afectarea a nu mai mult de 3 articulații
	Poliartrita - inflamație a 3-6 articulații mari și mici în același timp

După natura modificărilor care apar, artrita este împărțită în:

• inflamator, care se caracterizează prin prezența inflamației,
• degenerativ, când la început apare o malnutriție a cartilajului, distrofie, o modificare a aspectului articulației afectate, urmată de deformarea acesteia.

Artrita apare în forme acute, subacute și cronice. Un curs acut sau subacut este cel mai caracteristic unei leziuni inflamatorii, una cronică pentru una degenerativ-distrofică.

Un proces inflamator acut este: seros, seros-fibros, purulent.

Cea mai „inofensivă” inflamație cu formarea și acumularea de lichid seros (transparent) în punga sinovială apare cu sinovita - inflamația membranei articulare.

Artrita deosebit de severă este purulentă. Odată cu aceasta, inflamația afectează, pe lângă punga articulară, țesuturile adiacente acesteia, iar puroiul apare în lichidul articular datorită reproducerii active a microorganismelor patogene. Dezvoltarea unui proces purulent este plină de formarea unui flegmon capsular (când un proces purulent captează întreaga articulație).

Cauzele bolii

Motive comune (principale).

• Ereditate;
• trauma;
• obezitatea;
• tulburări metabolice în organism;
• hipotermie frecventă;
• infecții;
• distribuția irațională a activității fizice: fie o poziție lungă șezând, fie activitate fizică excesivă;
• infecții acute bacteriene, virale sau fungice;
• boli ale sistemului nervos;
• boală autoimună.

Motive suplimentare

• Chirurgie articulară,
• varsta inaintata,
• naştere,
• imunitatea slăbită
• vaccinare,
• alergie,
• avorturi multiple,
• alimentație necorespunzătoare,
• situație ecologică nefavorabilă,
• lipsa de minerale și vitamine.

Dieta necorespunzătoare este principala cauză a artritei gutoase

Cauzele unor tipuri specifice de artrită

(dacă tabelul nu este complet vizibil, derulați la dreapta)

Tipuri de artrită	Cauze
Traumatic	Leziuni ale elementelor articulației: vânătăi, fracturi ale oaselor de articulat, lacerații în zona articulației etc.
Vibrând	Solicitarea excesivă regulată asupra articulațiilor, obligându-le să efectueze mișcări sub sarcină mare
Reactiv	Diverse infecții cauzate de ureaplasmă, chlamydia, micoplasmă, bacil de dizenterie, clostridii, salmonella, virusuri gripale etc.
reumatoid	Nu este stabilit exact, dar probabilitatea influenței eredității este mare; boală autoimună; virusuri herpetice (virusul Epstein-Barr, herpes simplex, citomegalovirus); hepatovirusuri, retrovirusuri
Psoriatic	Infecții
	Mecanisme genetice și autoimune
Osteoartrita	Nutriție insuficientă a cartilajului ca urmare a tulburărilor metabolice din organism
	Displaziile - anomalii congenitale în dezvoltarea elementelor articulare
	Boli sistemice - sclerodermie, lupus etc.
	Tulburări hormonale
	Inflamația specifică și nespecifică a structurilor articulare. Primul - pe fondul tuberculozei, gonoreei, dizenteriei. Al doilea - ca o înfrângere independentă fără participarea agenților patogeni
	Înfrângere, distrugerea articulațiilor cu boala Perthes, osteocondrită
	Hemofilia este o tulburare de sângerare ereditară
Guţioasă	Ereditate
	Încălcarea metabolismului proteinelor pe fondul malnutriției cu consumul excesiv de alimente bogate în substanțe speciale - purine (scrumbie, hering, sardine, carne)
	Greutate corporală în exces

Dezvoltarea artritei reumatoide este afectată de insuficiența sistemului imunitar. Din anumite motive necunoscute, celulele speciale ale sistemului imunitar încep să „atace” propriile țesuturi ale articulațiilor. Ca urmare, începe inflamația autoimună, continuând cu creșterea țesutului agresiv cu o dezvoltare asemănătoare tumorii, din cauza căreia ligamentele, suprafețele articulare sunt deteriorate, cartilajele și oasele care stau la baza lor sunt distruse. Acest lucru duce la dezvoltarea fibrozei, sclerozei, eroziunii, ca urmare - la contracturi, subluxații, imobilitate persistentă a articulației - anchiloză.

Simptome tipice

Simptomul principal al artritei este durerea la una sau mai multe articulații. La început, sunt slabe și practic nu afectează viața obișnuită a unei persoane. Cu timpul, sindromul durerii crește: durerea devine ondulată în natură, intensificându-se cu mișcarea, noaptea și mai aproape de dimineață. Intensitatea durerii variază de la ușoară la foarte puternică, împiedicând dramatic orice mișcare.

Simptome secundare:

• rigiditate matinală
• umflătură,
• roșeață a pielii,
• o creștere a temperaturii locale în zona inflamației,
• deteriorarea activității motorii a pacientului,
• limitarea mobilității sale,
• formarea deformărilor persistente ale articulațiilor.

În funcție de cursul procesului, limitarea funcționalității articulațiilor afectate poate fi atât ușoară, cât și severă, cu posibilă imobilizarea completă a membrului.

Să luăm în considerare simptomele unor tipuri de artrită mai detaliat.

Artrita traumatica

Leziunile traumatice ale elementelor articulare sunt însoțite de o reacție inflamatorie, iar dacă microbii patogeni au intrat în cavitate, atunci inflamația purulentă a lichidului articular și a bursei, trecând treptat la țesuturile articulare din apropiere.

Simptomele artritei reumatoide

Acest tip de artrită se caracterizează prin leziuni simetrice ale articulațiilor genunchiului, încheieturii mâinii, cotului, gleznelor, precum și articulațiilor mici ale degetelor de la mâini și de la picioare. Inflamația șoldului, umărului și articulațiilor coloanei vertebrale este mai puțin frecventă, dar este și posibilă.

Într-un curs acut sau subacut al bolii, o persoană este deranjată de dureri ascuțite în mușchi și articulații, slăbiciune severă, febră, rigiditate la articulațiile mici dimineața.

Un proces cronic lent are loc cu durere ușoară, o creștere treptată a modificărilor articulare, care de obicei nu sunt însoțite de o limitare semnificativă a funcțiilor membrelor.

Treptat, inflamația se extinde la mușchii adiacenți articulației. Ca urmare, se dezvoltă inflamația lor focală, puterea musculară și tonusul lor scad, pacientul simte slăbiciune musculară, oboseală severă după efort fizic normal.

Un simptom tipic este apariția unor noduli subcutanați de formă rotundă, cu un diametru de cel mult 2 cm.Se pot forma și pe valvele inimii și în plămâni.

Acest tip de boală se caracterizează prin asimetria înfrângerii a 2 sau 3 articulații în același timp. Și mai întâi, articulațiile mici ale degetelor de la picioare și ale mâinilor devin inflamate, apoi cele mari - genunchii, coatele, umerii etc.

Dezvoltarea oligoartritei (inflamația a nu mai mult de 3 articulații) este însoțită de inflamarea membranelor din jurul tendoanelor, creșterea temperaturii zonei inflamate și înroșirea pielii, umflarea și durerea articulațiilor.

Sindromul durerii se exprimă în repaus sau noaptea, rigiditatea dimineață și durerea dispare în timpul zilei.

Diagnosticare

Stabilirea unui diagnostic precis se bazează pe un set de manifestări clinice, date de la examinarea unui medic și rezultatele diagnosticelor de laborator care confirmă prezența artritei (datele de diagnostic ajută, de asemenea, la determinarea tipului, stadiului și gradului de activitate al procesului).

În timpul examinării cu examinare vizuală și palparea articulațiilor perturbatoare, medicul constată umflături, roșeață a pielii, care este fierbinte la atingere; cu o boală neglijată, există o deformare vizibilă a articulației.

Tabelul de mai jos arată tipurile specifice de teste care trebuie făcute dacă se suspectează artrită:

(dacă tabelul nu este complet vizibil, derulați la dreapta)

Metode de diagnostic de laborator	Metode de diagnostic instrumental
Test clinic de sânge	Radiografia articulației în 2 proiecții
„Biochimia” sângelui (indicatori - acid uric, acizi sialici, fracție proteică, CRP, fibrină, haptoglobină etc.)	Radiografia digitală cu microfocus este o imagine cu raze X cu mărire directă, în timp ce sistemul de imagistică digitală oferă imagini de înaltă definiție. Metoda vă permite să detectați modificări minime ale structurilor osoase
Factorul reumatoid	Artrografie - efectuarea unei radiografii după ce un agent de contrast este injectat în cavitatea articulară
Antistreptolizin-O	Ecografia articulațiilor afectate
Examenul citologic și microbiologic al lichidului sinovial	Scintigrafie - obținerea unei imagini bidimensionale a zonei patologice după introducerea unui izotop radioactiv în organism
Dacă este necesar, se efectuează o biopsie a membranei articulare și apoi se examinează	Artroscopia de diagnostic este o metodă foarte informativă de examinare a structurilor articulare printr-un artroscop cu o cameră video în miniatură

Metode de tratament

Orice tip de artrită are mai multe etape de dezvoltare. Pentru fiecare, sunt selectate anumite metode de tratament: pentru prima și a doua este suficientă terapia conservatoare, pentru a treia și în prezența complicațiilor, poate fi necesară intervenția chirurgicală.

Tabelul prezintă un regim general de tratament pentru artrită.

(dacă tabelul nu este complet vizibil, derulați la dreapta)

Metode de tratament	Detalii
Terapie medicamentoasă	Medicamente antiinflamatoare nesteroidiene pe cale orală, intramusculară și/sau intraarticulară.
	Corticosteroizi orali și intraarticulari.
Terapie eferentă	Crioafereza este o tehnică medicală bazată pe tratamentul cu rece sau substanțe chimice speciale a plasmei prelevate de la pacient. Apoi este injectat înapoi pacientului.
	Filtrarea în cascadă a plasmei (plasmafereza) este purificarea plasmei de toxine, anticorpi, hormoni și alte substanțe, al căror nivel în organism este crescut brusc.
Fizioterapie și masaj (după încetarea procesului inflamator acut)	Terapie cu amplipuls, fonoforeza, electroforeza, terapie magnetica si laser, aplicatii cu ozocherita si parafina, OZN, UHF.
Fizioterapie	Exercițiile de terapie prin exerciții au ca scop prevenirea tulburărilor funcționale și dezvoltarea contracturilor.
Interventie chirurgicala	Tipuri: artrotomie, excizia membranei sinoviale (sinovectomie), artrodeză, rezecție articulară, artroscopie medicală, cheilectomie. Când articulația este distrusă, este indicată artroplastia reconstructivă sau artroplastia (înlocuirea articulației).

Tratamente pentru artrita

Metodele de tratament pentru diferite tipuri de artrită sunt foarte asemănătoare, diferențele sunt doar în unele nuanțe specifice, de exemplu:

• Cu artrita specifică, boala de bază este tratată (cu tuberculoză, se pune accent pe medicamentele antituberculoase).
• Pentru a reduce activitatea artritei psoriazice, metodele de mai sus sunt completate cu iradiere cu ultraviolete sau laser a sângelui, hemosorpție. Și din fizioterapie, terapia PUVA este eficientă, combinând ingestia unui medicament fotosensibilizant special cu expunerea externă la razele ultraviolete cu undă lungă.

rezumat

Doar urmand cu scrupulozitate recomandarile medicului poti invinge artrita. Prognosticul este de obicei favorabil, dar depinde complet de oportunitatea contactării unui specialist și încheierii tratamentului. Tehnicile moderne fac posibilă corectarea chiar și a celei mai neglijate situații prin efectuarea unei operații asupra articulației.

Proprietar și responsabil pentru site și conținut: Afinogenov Alexey.

Citiți mai multe, vă va plăcea:

Nu ești un sclav!
Curs educațional închis pentru copiii de elită: „Adevărata aranjare a lumii”.
http://noslave.org

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Multe (dar nu toate) dintre medicamentele de bază utilizate în tratamentul artritei reumatoide au activitate și în unele alte boli, probabil sau dovedite că au o natură autoimună. Astfel de boli includ: colita ulceroasă, boala Crohn, psoriazisul, glomerulonefrita autoimună, hepatita cronică activă. Este destul de interesant de observat că în diferite boli autoimune ajută diferite medicamente dintre cele „de bază”, ceea ce poate reflecta diferența de etiologie și patogeneză. Eficacitatea medicamentelor de bază în artrita reumatoidă și alte boli autoimune este asociată cu activitatea lor specifică antiinflamatoare și imunosupresoare. În același timp, medicamentele antireumatice de bază, spre deosebire de glucocorticoizi și antiinflamatoarele nesteroidiene, sunt improprii ca antiinflamatoare „convenționale” pentru inflamație, în patogeneza cărora nu sunt implicate anumite mecanisme autoimune specifice. Acele dintre medicamentele de bază care nu sunt imunosupresoare „adevărate” (cum ar fi medicamentele de bază metotrexat, azatioprină sau ciclosporină) nu pot fi utilizate, de asemenea, pentru imunosupresie în condiții care nu sunt asociate cu autoimunitatea, de exemplu, în alotransplantul de organe și țesuturi. Activitatea imunosupresoare a salazopiridazinei sau a clorochinei este prea slabă pentru aceasta și, în plus, este specifică autoimunității. O proprietate comună a tuturor medicamentelor de bază este dezvoltarea lentă, treptată a efectului, care poate necesita câteva luni de terapie. Pentru a obține rapid ameliorarea simptomatică a artritei reumatoide și a altor boli autoimune, glucocorticoizii, medicamentele antiinflamatoare nesteroidiene sunt prescrise în așteptarea efectului terapiei de bază. Cu un curs sever de artrită reumatoidă sau, de exemplu, boala Crohn, poate fi necesară utilizarea combinată a două sau mai multe medicamente de bază din grupuri diferite, cu mecanisme de acțiune diferite. În acest caz, este foarte important să se țină cont de posibilitatea creșterii toxicității terapiei cu anumite combinații. De exemplu, combinația de metotrexat cu sulfasalazină sau salazopiridazină duce la o creștere a toxicității hematologice a metotrexatului, deoarece sulfonamidele, ca și metotrexatul, sunt inhibitori de dihidrofolat reductază în celulele umane, nu numai în bacterii. Combinația de metotrexat cu ciclosporină duce la o creștere a gradului de imunosupresie și, în consecință, la o creștere a riscului de complicații infecțioase și neoplazice ale terapiei. Clasificare Medicamentele antireumatice de bază sunt împărțite în mai multe grupuri: Medicamente imunosupresoare: Infliximab („Remicade”) Levamisol ("Decaris") Leflunomidă („Arava”) Mercaptopurina ("Puri-Netol") Ciclosporină (Sandimmun Neoral) Ciclofosfamidă - folosită rar din cauza toxicității ridicate Preparate cu aur: Auranofin # ("Auropan", "Ridaura") Aurotiosulfat de sodiu # („Sanocrizin”) Aurotioprol # („Crizanol”) D-Penicillamine („Cuprenil”) Derivați ai acidului 5-aminosalicilic: Derivați de 4-aminochinolină: Clorochina (Delagil) Hidroxiclorochina ("Plaquenil") Inhibitori ai metaloproteinazei matriceale: # - pentru 2015, medicamentul nu este înregistrat în Rusia : imagine incorectă sau lipsă Din acest articol lipsesc informații. Informațiile trebuie să fie verificabile, altfel pot fi puse sub semnul întrebării și șterse. .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 și acțiune = editați editarea] acest articol adăugând link-uri către. Acest marcaj este setat 29 septembrie 2009. [[K: Wikipedia: Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]] [[K: Wikipedia: Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]]

Scrieți o recenzie la articolul „Medicamente antireumatice care modifică boala”

Note (editare)

Extras care caracterizează Medicamente antireumatice modificatoare de boală

Magdalena știa că, pentru a îndeplini ordinul lui Radomir, trebuie să se simtă încrezătoare, colectată și puternică. Dar, în timp ce ea a trăit doar, închisă în cea mai profundă tristețe a ei și era nebunește de singură...
Fără Radomir, viața ei a devenit goală, fără valoare și amară... El trăia acum undeva departe, într-o Lume necunoscută și minunată, unde sufletul ei nu putea ajunge... Și îi era atât de dor de el ca om, ca femeie. ! .. Și nimeni, din păcate, nu a putut-o ajuta în vreun fel.
Apoi am revăzut-o...
Pe o stâncă înaltă, complet copleșită de flori sălbatice, cu genunchii lipiți de piept, Magdalena stătea singură... Ea, așa cum a devenit deja obiceiul, a văzut apusul - o altă zi obișnuită trăită fără Radomir... Ea știa că acolo ar mai fi multe zile ca asta... atâtea. Și știa că va trebui să se obișnuiască. În ciuda toată amărăciunea și goliciunea, Magdalena a înțeles bine - o viață lungă și grea o aștepta înaintea ei și va trebui să o trăiască singură... Fără Radomir. Ceea ce până acum nu a putut să-și imagineze, pentru că el trăia peste tot - în fiecare celulă a ei, în visele și trezirea ei, în fiecare obiect pe care l-a atins cândva. Părea că întreg spațiul înconjurător era saturat de prezența lui Radomir... Și chiar dacă ea și-ar fi dorit, nu era mântuire de asta.
Seara a fost calmă, calmă și caldă. Natura reînviind după căldura zilei răvăși cu mirosurile de pajiști înflorite încălzite și de ace de pin... Magdalena a ascultat sunetele monotone ale lumii obișnuite ale pădurilor - era surprinzător de simplu și atât de calm! .. Umflată de căldura verii, albinele bâzâiau tare în tufișurile din apropiere. Până și ei, muncitori, au preferat să scape de razele arzătoare ale zilei, iar acum absorbeau bucuroși răcoarea revigorantă a serii. Simțind bunătatea umană, micuța pasăre colorată s-a așezat fără teamă pe umărul cald al Magdalenei și, în semn de recunoștință, a izbucnit în triluri argintii sonore... Dar Magdalena nu a observat acest lucru. Ea a plecat din nou în lumea familiară a viselor ei, în care Radomir încă mai trăia...
Și și-a amintit din nou de el...
Amabilitatea lui incredibilă... Setea lui exuberantă de Viață... Zâmbetul strălucitor și afectuos și privirea pătrunzătoare a ochilor săi albaștri... Și încrederea lui fermă în dreptatea căii alese. Mi-am amintit de un om minunat, puternic, care, fiind încă un copil, și-a subjugat deja mulțimi întregi! ..
Mi-am amintit de afecțiunea lui... Căldura și loialitatea inimii lui mari... Toate acestea trăiau acum doar în memoria ei, fără să cedeze timpului, fără să intre în uitare. Totul a trăit și... a durut. Uneori chiar i s-a părut - doar puțin mai mult, și ea nu mai respira... Dar zilele au trecut. Și viața încă a continuat. A fost obligată de DATORIA lăsată de Radomir. Prin urmare, pe cât a putut, nu a ținut cont de sentimentele și dorințele ei.
Fiul ei, Svetodar, de care îi era dor nebunește, se afla în îndepărtata Spanie cu Radan. Magdalene știa - i-a fost mai greu... Era încă prea tânăr ca să se împace cu o asemenea pierdere. Dar ea știa și că, chiar și în cea mai profundă durere, el nu își va arăta niciodată slăbiciunea în fața străinilor.
Era fiul lui Radomir...
Și asta l-a obligat să fie puternic.
Au trecut din nou câteva luni.
Și acum, încetul cu încetul, așa cum se întâmplă și cu cea mai îngrozitoare pierdere, Magdalena a început să revină. Aparent, a venit momentul potrivit pentru a reveni la cei vii...

După ce au ales micul Montsegur, care era cel mai magic castel din Vale (așa cum se afla în „punctul de tranziție” către alte lumi), Magdalene și fiica ei au început curând să se mute acolo încet. Au început să se stabilească în noua lor casă, încă necunoscută...
Și, în cele din urmă, amintindu-și dorința persistentă a lui Radomir, Magdalena a început treptat să-și recruteze primii studenți... Aceasta a fost probabil una dintre cele mai ușoare sarcini, deoarece fiecare persoană de pe această minunată bucată de pământ era mai mult sau mai puțin înzestrată. Și aproape toată lumea era însetată de cunoaștere. Prin urmare, foarte curând Magdalena avea deja câteva sute de ucenici foarte harnici. Apoi această cifră a crescut într-o mie... Și foarte curând întreaga Vale a Magicienilor a fost acoperită de învățăturile ei. Și ea a luat cât mai mulți oameni pentru a scăpa de gândurile ei amare și s-a bucurat nespus că occitanienii se întindeau cu nerăbdare la Cunoaștere! Ea știa că Radomir s-ar fi bucurat de asta din suflet... și a recrutat și mai mulți candidați.
- Îmi pare rău, Sever, dar cum au fost Magii de acord cu asta?! La urma urmei, ei își păzesc atât de atent Cunoștințele de toată lumea? Cum a permis Vladyka asta? Magdalena i-a învățat pe toată lumea, nu a ales doar inițiați, nu-i așa?
- Vladyka nu a fost niciodată de acord cu asta, Isidora... Magdalena și Radomir au mers împotriva voinței lui, dezvăluind aceste cunoștințe oamenilor. Și încă nu știu care dintre ei a avut cu adevărat dreptate...

5315 0

Bolile reumatice inflamatorii, ale căror principale forme sunt artrita reumatoidă (AR), bolile difuze ale țesutului conjunctiv (DBTD), vasculitele sistemice, artropatiile seronegative și microcristaline, sunt printre cele mai severe forme de patologie cronică umană. Farmacoterapia acestor boli continuă să fie una dintre cele mai dificile probleme ale medicinei clinice moderne.

Etiologia multor boli este necunoscută, ceea ce face imposibilă efectuarea unei terapii etiotrope eficiente. Cu toate acestea, în descifrarea patogenezei lor în ultimii ani, s-au înregistrat progrese evidente, care se datorează în primul rând extinderii cunoștințelor despre caracteristicile structurale și funcționale ale sistemului imunitar, mecanismele de dezvoltare a răspunsului imun și inflamației.

În prezent, pentru tratamentul bolilor reumatice, se utilizează un număr mare de medicamente cu structuri chimice diferite și mecanisme farmacologice de acțiune, a căror proprietate comună este capacitatea de a suprima dezvoltarea inflamației. Acestea includ medicamente antiinflamatoare nesteroidiene, glucocorticoizi cu activitate antiinflamatoare și așa-numitele medicamente antireumatice de bază (săruri de aur, medicamente antimalarice, medicamente citotoxice etc.), despre care se crede că au un efect mai profund asupra sistemului imunitar. și procesele inflamatorii care stau la baza bolilor reumatismale. Noi abordări ale tratamentului bazate pe utilizarea metodelor imunoterapeutice sunt dezvoltate intens.

În țara noastră au fost publicate mai multe monografii privind farmacoterapia bolilor reumatice (V.A.Nasonova, Ya. A. Sigidin. Terapia patogenetică a bolilor reumatismale, 1985; V.A. A. Sigidin, NG Guseva, MM Ivanova. Bolile difuze ale țesutului conjunctiv, 1994). ). Cu toate acestea, în ultimii ani, a apărut o cantitate foarte mare de date clinice și experimentale noi referitoare la mecanismele de acțiune, tacticile de utilizare și eficacitatea atât a medicamentelor antireumatice cunoscute anterior, cât și a noilor medicamente și metode de tratament.

Cartea prezintă sistematic informații moderne despre cele mai importante medicamente antiinflamatoare, dar sarcina principală a fost să se familiarizeze cu noile tendințe în dezvoltarea farmacoterapiei bolilor reumatice inflamatorii.

Sperăm că cartea va fi utilă practicienilor în tratamentul pacienților cu boli reumatice și stimulează interesul pentru aspectele farmacologice ale reumatologiei în rândul specialiștilor implicați în dezvoltarea problemelor teoretice ale medicinei, imunologi, biochimiști, farmacologi.

Una dintre cele mai frecvente și severe boli reumatice este RA, pentru tratamentul căreia se folosește întregul arsenal de medicamente antireumatice și metode de terapie (V.A.Nasonova și M.G. Astapenko, 1989). De aceea sunt dezvoltate clasificări ale medicamentelor antireumatice în ceea ce privește locul lor în tratamentul RA.

Pe baza diferențelor de proprietăți farmacologice, medicamentele antireumatice sunt clasificate în analgezice antiinflamatorii (AINS); glucocorticoizi antiinflamatori (GC), agenți imunomodulatori/imunosupresivi (săruri de aur, medicamente antimalarice, medicamente citotoxice etc.). Conform unei alte clasificări, AINS sunt considerate simptomatice, neafectând mecanismele de dezvoltare a bolii, spre deosebire de medicamentele antireumatice modificatoare sau cu acțiune lentă, despre care se credea că afectează etiopatogenia bolii.

Pentru clasificarea medicamentelor antireumatice s-a folosit și o abordare care ține cont, în primul rând, de toxicitatea acestora, conform căreia se împart în medicamente de linia întâi, a doua și a treia. S-a propus clasificarea medicamentelor antireumatice pe baza rapidității declanșării efectului terapeutic și a duratei acestuia după încetarea tratamentului. AINS și GC, spre deosebire de medicamentele antireumatice care modifică boala / cu acțiune lentă, își arată efectul foarte rapid (în câteva ore sau zile). În plus, s-a presupus că, dacă, după retragerea AINS și GC, exacerbarea se dezvoltă destul de repede, atunci efectul medicamentelor antireumatice cu acțiune lentă persistă mai mult timp.

Cu toate acestea, acum a devenit evident că clasificările tradiționale nu îndeplinesc cerințele moderne atât în ​​ceea ce privește terminologia, cât și subdiviziunea în categorii farmacologice. De fapt, numai AINS și GC sunt relativ omogene în ceea ce privește activitatea farmacologică și terapeutică a grupului de medicamente.

Din 1991, sub egida OMS și a Ligii Internaționale Împotriva Bolilor Reumatice, a fost creată o nouă clasificare a medicamentelor antireumatice (HE Paulus et al., 1992; JP Edmonds et al., 1993), conform căreia aceste medicamente sunt împărțit în două categorii principale:

I. Medicamente antireumatice modificatoare de simptome care au un efect pozitiv asupra simptomelor și manifestărilor clinice ale sinovitei inflamatorii:
1) medicamente antiinflamatoare nesteroidiene
2) glucocorticoizi
3) medicamente cu acțiune lentă: antimalarice, săruri de aur, antimetaboliți, agenți citotoxici
II. Medicamente antireumatice care controlează bolile care afectează cursul RA, care trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:
A. îmbunătățirea și menținerea capacității funcționale a articulațiilor în combinație cu o scădere a intensității sinovitei inflamatorii;
b. preveni sau reduce semnificativ rata de progresie a modificărilor structurale ale articulațiilor.

În acest caz, efectele enumerate ar trebui să apară timp de cel puțin 1 an de la începerea terapiei; în procesul de clasificare a medicamentelor, trebuie indicată perioada (cel puțin 2 ani) în care efectul său terapeutic îndeplinește criteriile enumerate.

Această clasificare diferă de cele anterioare într-o abordare mai realistă a evaluării eficacității terapeutice a medicamentelor în PR. Acum a devenit evident că o proprietate comună dovedită a tuturor medicamentelor antireumatice existente este capacitatea de a provoca îmbunătățiri clinice, în timp ce capacitatea lor de a influența progresia și rezultatele procesului reumatoid nu pot fi considerate strict dovedite. Prin urmare, niciun medicament antireumatic în prezent nu poate fi clasificat drept „controlul bolii”.

Acest lucru, însă, nu exclude posibilitatea de a transfera anumite medicamente din primul grup în al doilea în procesul de cercetare ulterioară. Această prevedere pare a fi fundamentală, întrucât ar trebui să contribuie la extinderea cercetării farmacologice și clinice în reumatologie în ceea ce privește elaborarea criteriilor de eficacitate a tratamentului, precum și crearea unor medicamente antireumatice noi, mai eficiente sau a combinațiilor lor raționale.

E.L. Nasonov

Inginerie genetică și medicamente

Producția microbiologică de medicamente

Înainte de apariția tehnologiei ADN recombinant, multe medicamente pe bază de proteine ​​umane puteau fi obținute doar în cantități mici, producția lor era foarte costisitoare, iar mecanismul de acțiune biologică era uneori prost înțeles. Cu ajutorul noii tehnologii, se obține o gamă completă de astfel de medicamente în cantități suficiente atât pentru testarea lor eficientă, cât și pentru utilizarea în clinică. Până în prezent, peste 400 de gene au fost donate (mai ales sub formă de cADN) ale diferitelor proteine ​​umane care pot deveni medicamente. Cele mai multe dintre aceste gene sunt deja exprimate în celulele gazdă, iar produsele lor sunt acum folosite pentru a trata diferite boli umane. Ca de obicei, acestea sunt mai întâi testate pe animale și apoi sunt urmate de studii clinice riguroase. Volumul anual al pieței mondiale de medicamente pe bază de proteine ​​umane este de aproximativ 150 de miliarde de dolari și este în continuă creștere. Volumul pieței mondiale a medicamentelor pe bază de proteine ​​recombinante este în creștere cu 12-14% pe an și în anul 2000 se ridica la aproximativ 20 de miliarde de dolari.

Pe de altă parte, utilizarea anticorpilor specifici ca agenți terapeutici este promițătoare. Sunt folosite pentru a neutraliza toxinele, pentru a lupta împotriva bacteriilor, a virușilor și pentru a trata cancerul. Anticorpul fie neutralizează „intrusul” - un agent străin, fie distruge o celulă țintă specifică. În ciuda oportunităților promițătoare, anticorpii sunt încă rar utilizați pentru prevenirea și tratarea bolilor. Și numai odată cu dezvoltarea tehnologiei ADN recombinant și dezvoltarea metodelor de producere a anticorpilor monoclonali și cu descifrarea structurii moleculare și a funcției imunoglobulinelor, a apărut din nou interesul comercial pentru utilizarea anticorpilor specifici pentru tratamentul diferitelor boli.

Dezvoltarea de noi metode pentru prevenirea și tratarea multor boli umane a avut o contribuție uriașă la creșterea bunăstării umane în secolul al XX-lea. Cu toate acestea, acest proces nu poate fi considerat complet. Așa-numitele boli „vechi”, de exemplu, malaria, tuberculoza etc., se pot face simțite din nou de îndată ce măsurile preventive sunt slăbite sau apar tulpini rezistente. O situație tipică în acest sens este în Ucraina și Rusia.

Primele produse OMG sunt antibioticele

Antibioticele includ substanțe cu greutate moleculară mică care diferă ca structură chimică. Ceea ce au în comun acești compuși este că, fiind produse ale activității vitale a microorganismelor, în concentrații neglijabile ei perturbă în mod specific creșterea altor microorganisme.

Majoritatea antibioticelor sunt metaboliți secundari. Ele, ca și toxinele și alcaloizii, nu pot fi clasificate ca substanțe strict necesare creșterii și dezvoltării microorganismelor. Pe această bază, metaboliții secundari diferă de cei primari, în prezența cărora are loc moartea microorganismului.

Biosinteza antibioticelor, ca și alți metaboliți secundari, are loc de obicei în celulele care au încetat să crească (idiofază). Rolul lor biologic în asigurarea activității vitale a celulelor producătoare nu rămâne pe deplin investigat. Experții care studiază perspectivele biotehnologiei în domeniul producției microbiologice de antibiotice consideră că, în condiții nefavorabile, acestea inhibă creșterea microorganismelor concurente, oferind astfel condiții mai favorabile pentru supraviețuirea microbilor producători ai unuia sau altuia antibiotic. Importanța procesului de producere a antibioticelor în viața unei celule microbiene este confirmată de faptul că în streptomicete, aproximativ 1% din ADN-ul genomic este reprezentat de gene care codifică enzimele de biosinteză a antibioticelor, care este posibil să nu fie exprimate pentru o lungă perioadă de timp. Producătorii de antibiotice cunoscute sunt în principal șase genuri de ciuperci filamentoase, trei genuri de actinomicete (aproape 4000 de antibiotice diferite) și două genuri de bacterii adevărate (aproximativ 500 de antibiotice). Dintre ciupercile filamentoase, o atenție deosebită trebuie acordată mucegaiurilor din genurile Cephalosporium și Penicillium, care sunt producători de așa-numitele antibiotice beta-lactamice - peniciline și cefalosporine. Majoritatea actinomicetelor care sintetizează substanțe antibiotice, inclusiv tetracicline, aparțin genului Streptomyces.

Dintre cele 5000-6000 de substanțe antibiotice naturale cunoscute, doar aproximativ 1000 sunt produse pentru vânzare către consumatori.În momentul în care s-a stabilit efectul antibacterian al penicilinei și posibilitatea utilizării acesteia ca medicament (HW Flory, EB Chain și colab., 1941), productivitatea tulpinii de mucegai de laborator - 2 mg de preparat la 1 litru de lichid de cultură - a fost în mod evident insuficientă pentru producția industrială a antibioticului. Expunerea sistematică repetată a tulpinii inițiale de Penicillium chrisogenum la astfel de mutageni precum iradierea cu raze X și ultraviolete, gaz muștar cu azot în combinație cu mutații spontane și selecția celor mai buni producători, a fost posibilă creșterea productivității ciupercii de 10.000 de ori și aduceți concentrația de penicilină în lichidul de cultură la 2%.

În continuare se folosește modalitatea de creștere a eficienței tulpinilor producătoare de antibiotice, bazată pe mutații aleatorii și care a devenit clasică, în ciuda costurilor colosale ale forței de muncă. Această situație se datorează faptului că un antibiotic, spre deosebire de o proteină, nu este un produs al unei anumite gene; biosinteza antibioticelor are loc ca urmare a acțiunii combinate a 10-30 de enzime diferite codificate de numărul corespunzător de gene diferite. În plus, pentru multe antibiotice, a căror producție microbiologică a fost stabilită, mecanismele moleculare ale biosintezei lor nu au fost încă studiate. Mecanismul poligenic care stă la baza biosintezei antibioticelor este motivul pentru care modificările genelor individuale nu duc la succes. Automatizarea tehnicilor de rutină pentru analiza productivității mutanților face posibilă studierea a zeci de mii de tulpini funcționale și, prin urmare, accelerează procedura de selecție folosind tehnica genetică clasică.

Noua biotehnologie bazata pe utilizarea tulpinilor superproducatoare de antibiotice presupune imbunatatirea mecanismelor de protectie a producatorului fata de antibioticul sintetizat de acesta.

Tulpinile rezistente la concentrații mari de antibiotice în mediul de cultură prezintă o productivitate ridicată. Această proprietate este luată în considerare și la proiectarea celulelor superproducătoare. De la descoperirea penicilinei la sfârșitul anilor 1920, peste 6.000 de antibiotice au fost izolate din diferite microorganisme cu diferite specificități și diferite mecanisme de acțiune. Utilizarea lor pe scară largă în tratamentul bolilor infecțioase a ajutat la salvarea a milioane de vieți. Marea majoritate a antibioticelor majore au fost izolate din bacteria gram-pozitivă a solului Streptomyces, deși le produc și ciupercile și alte bacterii gram-pozitive și gram-negative. La nivel mondial, sunt produse anual 100.000 de tone de antibiotice, în valoare estimată de S miliarde de dolari, inclusiv peste 100 de milioane de dolari în antibiotice adăugate în hrana animalelor ca aditivi sau acceleratori de creștere.

Se estimează că oamenii de știință descoperă între 100 și 200 de noi antibiotice în fiecare an, în primul rând prin programe extinse de cercetare pentru a găsi mii de microorganisme diferite care ar sintetiza antibiotice unice. Producția și testele clinice de noi medicamente sunt foarte costisitoare și sunt comercializate doar cele de mare valoare terapeutică și de interes economic. Acestea reprezintă 1-2% din toate antibioticele detectate. Tehnologia ADN-ului recombinant are un mare efect aici. În primul rând, poate fi folosit pentru a crea noi antibiotice cu o structură unică, care au un efect mai puternic asupra anumitor microorganisme și au efecte secundare minime. În al doilea rând, abordările de inginerie genetică pot fi utilizate pentru a crește randamentul antibioticelor și, în consecință, pentru a reduce costul producției acestora.

Putem presupune că biotehnologia clinică a apărut odată cu începutul producției industriale a penicilinei în anii 40. și utilizarea lui în terapie. Aparent, utilizarea acestei prime peniciline naturale a influențat reducerea morbidității și mortalității mai mult decât orice alt medicament, dar, pe de altă parte, a pus o serie de noi probleme care puteau fi rezolvate din nou cu ajutorul biotehnologiei.

În primul rând, utilizarea cu succes a penicilinei a provocat o mare nevoie de acest medicament și, pentru a-l satisface, a fost necesară creșterea dramatică a randamentului penicilinei în timpul producției sale. În al doilea rând, prima penicilină - C (benzilpenicilina) - a acționat în principal asupra bacteriilor gram-pozitive (de exemplu, streptococi și stafilococi), și a fost necesară obținerea de antibiotice cu un spectru mai larg de acțiune și/sau activitate, infectând atât gram-negative. bacterii precum E. coli și Pseudomonas. În al treilea rând, deoarece antibioticele au provocat reacții alergice (cel mai adesea minore, cum ar fi o erupție cutanată, dar uneori mai severe, manifestări de anafilaxie care pun viața în pericol), era necesar să existe un întreg set de agenți antibacterieni, astfel încât să se poată alege dintre la fel de eficienți. medicamente unul care nu ar provoca o alergie la pacient. În al patrulea rând, penicilina este instabilă în mediul acid al stomacului și nu poate fi administrată pe cale orală. În cele din urmă, multe bacterii dobândesc rezistență la antibiotice. Un exemplu clasic în acest sens este formarea de către stafilococi a enzimei penicilinaza (mai corect, beta-lactamaza), care hidrolizează legătura amidă din inelul beta-lactamic al penicilinei pentru a forma acid penicilinic inactiv farmacologic. A fost posibilă creșterea randamentului penicilinei în timpul producției, în principal datorită utilizării consecvente a unei serii de mutanți ai tulpinii originale de Penicillium chrysogenum, precum și prin modificarea condițiilor de creștere.

Procesul de biosinteză a unui antibiotic poate consta din zeci de reacții enzimatice, astfel încât clonarea tuturor genelor biosintezei acestuia nu este o sarcină ușoară. Una dintre abordările pentru izolarea unui set complet de astfel de gene se bazează pe transformarea uneia sau a mai multor tulpini mutante care nu pot sintetiza acest antibiotic cu o bancă de clone create din ADN-ul cromozomial al unei tulpini de tip sălbatic. După introducerea băncii de clone în celulele mutante, se efectuează selecția transformanților capabili să sintetizeze antibioticul. Apoi, ADN-ul plasmidic al unei clone care conține o genă funcțională a antibioticului ex-premixing (adică, o genă care restabilește funcția pierdută de tulpina mutantă) este izolat și utilizat ca sondă pentru screening-ul unei alte banci de clone de ADN cromozomial de tip sălbatic. tulpină, din care clone care conțin secvențe de nucleotide care se suprapun cu secvența sondei. Astfel, elementele ADN adiacente secvenței complementare sunt identificate și apoi donate, iar grupul complet de gene de biosinteză a antibioticelor este recreat. Procedura descrisă se referă la cazul în care aceste gene sunt grupate într-un singur loc al ADN-ului cromozomial. Dacă genele pentru biosinteză sunt împrăștiate sub formă de grupuri mici în locuri diferite, atunci trebuie să aveți cel puțin un mutant pe cluster pentru a obține clone ADN, care pot fi folosite pentru a identifica genele rămase ale clusterelor.

Folosind experimente genetice sau biochimice, se pot identifica și apoi izola una sau mai multe enzime biosintetice cheie, se pot determina secvențele lor de aminoacizi N-terminale și, pe baza acestor date, se pot sintetiza sonde de oligonucleotide. Această abordare a fost utilizată pentru a izola gena sintetazei izopenicilinei N din Penicillium chrysogenum. Această enzimă catalizează condensarea oxidativă a 5-(1_-a-aminoadipilN-cisteinil-P-valinei la izopenicilina N, un intermediar cheie în biosinteza penicilinelor, cefalosporinelor). și cefalosporine.

Noi antibiotice cu proprietăți și specificitate unice pot fi obținute prin efectuarea de manipulări modificate genetic cu gene implicate în biosinteza antibioticelor deja cunoscute. Unul dintre primele experimente, în timpul căruia a fost obținut un nou antibiotic, a constat în combinarea a două căi ușor diferite de biosinteză a antibioticelor într-un singur microorganism.

Una dintre plasmidele Streptomyces, plJ2303, care poartă un fragment de 32,5 kb de ADN cromozomial S.coelicoior conține toate genele enzimelor responsabile de biosinteza antibioticului actinorodin din acetat, membru al familiei de antibiotice izocromanchinonice. Întreaga plasmidă și diferite subclone care poartă părți ale fragmentului de 32,5 kb (de exemplu, plJ2315) au fost introduse fie în tulpina AM-7161 de Streptomyces sp.T care sintetizează antibioticul înrudit medermicină, fie în tulpina B1140 sau Tu22 S. violaceoruber care sintetizează antibiotice înrudite granaticină și dihidrogranaticină.

Toate aceste antibiotice sunt indicatori acido-bazici care conferă culturii în creștere o culoare caracteristică, în funcție de pH-ul mediului. La rândul său, pH-ul (și culoarea) mediului depinde de compusul care este sintetizat. Mutanții tulpinii parentale S.coelicoior, care nu sunt capabili să sintetizeze actinovodină, sunt incolori. Apariția culorii după transformarea tulpinii AM-7161 Streptomyces sp. sau tulpinile B1J40 sau Tu22 S. violaceoruber plasmidă purtând toate sau mai multe gene care codifică enzimele de biosinteză a actinorodinei, indică sinteza unui nou antibiotic Transformanții tulpina AM-7161 Streptomyces sp. și tulpina-6 1140 S. violaceoruber care conține plasmida pM2303 sintetizează antibiotice codificate atât de plasmidă, cât și de ADN cromozomial.

Cu toate acestea, la transformarea tulpinii Tu22 de S. violaceoruber cu plasmida plJ2303, împreună cu actinorodină, este sintetizat un nou antibiotic, dihidrogranatirodină, iar la transformarea tulpinii AM-7161 Streptomyces sp. Plasmida PlJ2315 sintetizează un alt antibiotic nou - mederrodin A.

Din punct de vedere structural, aceste noi antibiotice diferă puțin de actinorodină, medermicină, granaticină și hidrogranaticină și se formează probabil atunci când un produs intermediar al unei căi de biosinteză servește ca substrat pentru o enzimă dintr-o altă cale. Când proprietățile biochimice ale diferitelor căi de biosinteză ale antibioticelor sunt studiate în detaliu, va fi posibil să se creeze noi antibiotice unice foarte specifice prin manipularea genelor care codifică enzimele corespunzătoare.

Dezvoltarea de noi metode de obținere a antibioticelor policetidice moderne.

Termenul "poliketid" se referă la o clasă de antibiotice care rezultă din condensarea enzimatică secvenţială a acizilor carboxilici cum ar fi acetat, propionat şi butirat. Unele antibiotice policetide sunt sintetizate de plante și ciuperci, dar cele mai multe dintre ele sunt formate de actinomicete sub formă de metaboliți secundari. Înainte de a efectua manipulări cu gene care codifică enzime de biosinteză a antibioticelor poliketide, a fost necesar să se afle mecanismul de acțiune al acestor enzime.

După ce au studiat în detaliu componentele genetice și biochimice ale biosintezei eritromicinei în celulele Saccharopolyspora erythraea, a fost posibilă introducerea unor modificări specifice în genele asociate cu biosinteza acestui antibiotic și sintetizarea derivaților de eritromicină cu alte proprietăți. Mai întâi, a fost determinată structura primară a fragmentului de ADN S. erythraea. 56 kbp, care conține grupul de gene ery, apoi eritromicină poliketid sintaza a fost modificată în două moduri diferite. Pentru a face acest lucru, 1) a fost îndepărtată regiunea ADN care codifică beta-ketoreductaza sau 2) a fost făcută o modificare în regiunea ADN care codifică enoil reductază. Aceste experimente au făcut posibil să se demonstreze experimental că, dacă se identifică și se caracterizează un grup de gene care codifică enzime de biosinteză a unui anumit antibiotic policetidic, atunci, prin efectuarea unor modificări specifice în acestea, va fi posibilă modificarea direcțională a structurii antibioticului.

În plus, prin tăierea și unirea anumitor secțiuni ale ADN-ului, este posibilă mutarea domeniilor de poliketide sintază și obținerea de noi antibiotice poliketide.

Tehnologia ADN pentru îmbunătățirea producției de antibiotice

Cu ajutorul ingineriei genetice, este posibil nu numai crearea de noi antibiotice, ci și creșterea eficienței sintezei celor deja cunoscute. Factorul limitativ în producția industrială de antibiotice folosind Streptomyces spp. adesea este cantitatea de oxigen disponibilă pentru celule. Din cauza solubilității slabe a oxigenului în apă și a densității mari a culturii de Streptomyces, acesta este adesea insuficient, creșterea celulară încetinește, iar randamentul antibioticului este redus. Pentru a rezolva această problemă, este posibil, în primul rând, să se schimbe designul bioreactoarelor în care se cultivă cultura de Streptomyces și, în al doilea rând, folosind metode de inginerie genetică, să se creeze tulpini de Streptomyces care utilizează oxigenul disponibil mai eficient. Aceste două abordări nu se exclud reciproc.

Una dintre strategiile folosite de unele microorganisme aerobe pentru a supraviețui în lipsa de oxigen este de a sintetiza un produs asemănător hemoglobinei care poate acumula oxigen și îl poate livra celulelor. De exemplu, bacteria aerobă Vitreoscilla sp. sintetizează o proteină homodimerică care conține hem similară funcțional cu hemoglobina eucariotă. Gena „hemoglobinei” Vitreoscilla a fost izolată, introdusă în vectorul plasmidic Streptomyces și introdusă în celulele acestui microorganism. După exprimarea sa, hemoglobina Vitreoscilla a reprezentat aproximativ 0,1% din toate proteinele celulare ale S.coelicoior, chiar și atunci când exprimarea a fost efectuată sub controlul promotorului propriei gene a hemoglobinei Vitreoscilla și nu al promotorului Streptomyces. Celulele S.coelicoior transformate care au crescut la un conținut scăzut de oxigen dizolvat (aproximativ 5% din concentrația de saturare) au sintetizat de 10 ori mai multă actinorodină la 1 g de masă celulară uscată și au avut o rată de creștere mai mare decât cele netransformate. Această abordare poate fi folosită și pentru a furniza oxigen altor microorganisme care cresc în condiții de deficit de oxigen.

Materia de pornire pentru sinteza chimică a unor cefalosporine - antibiotice care au un efect secundar ușor și sunt active împotriva multor bacterii - este acidul 7-aminocefalosporic (7ASA), care la rândul său este sintetizat din antibioticul cefalosporină C. Din păcate, microorganismele naturale capabile de sintetizare a 7ASA, nu a fost încă identificat.

O nouă cale de biosinteză pentru 7ACA a fost construită prin inserarea unor gene specifice în plasmida ciupercii Acremonium chrysogenum, care sintetizează în mod normal doar cefalosporina-C. Una dintre aceste gene a fost reprezentată de cADN-ul ciupercii Fusarium solani, care codifică D-aminoacid oxidaza, iar cealaltă a fost derivată din ADN-ul genomic al Pseudomonas diminuta și a codificat o cefalosporin acilază. În plasmidă, genele au fost sub controlul promotorului A. chrysogenum. În prima etapă a noii căi de biosinteză, cefalosporina-C este transformată în acid cefalosporic 7-p- (5-carboxi-5-oxopentanamidă) (ceto-AO-7ACA) de către aminoacid oxidază. O parte din acest produs, prin reacția cu peroxid de hidrogen, unul dintre produșii secundari, este transformată în acid 7-beta-(4-carboxibutanamidă)-cefalosporic (GL-7ACA). Atât cefalosporina-C, keto-A0-7ACA, cât și GL-7ACA pot fi hidrolizate de cefalosporinacilază pentru a forma 7ACA, dar numai 5% din cefalosporină-C este hidrolizată direct la 7ACA. Prin urmare, ambele enzime sunt necesare pentru formarea de 7ACA cu randament ridicat.

interferoni

La sfârșitul anilor 70 - începutul anilor 80. Tehnologia ADN-ului secolului XX a început pentru prima dată să atragă atenția publicului și a marilor investitori. Un produs biotehnologic promițător a fost interferonul, care se spera la acea vreme ca un remediu miraculos împotriva unei multitudini de boli virale și cancere. Izolarea cADN-ului interferonului uman și expresia sa ulterioară în Escherichia coll a fost raportată de toate publicațiile interesate din lume.

Sunt utilizate abordări diferite pentru a izola genele sau proteinele umane. De obicei, proteina dorită este izolată și secvența de aminoacizi a porțiunii corespunzătoare a moleculei este determinată. Pe baza acesteia, se găsește secvența de nucleotide care o codifică, oligonucleotida corespunzătoare este sintetizată și utilizată ca sondă de hibridizare pentru a izola gena dorită sau ADNc din bibliotecile genomice sau ADNc. O altă abordare este de a genera anticorpi la o proteină purificată și de a le folosi pentru a analiza biblioteci în care sunt exprimate anumite gene. Pentru proteinele umane sintetizate predominant într-un singur țesut, o bibliotecă de ADNc bazată pe ARNm izolat din acest țesut va fi îmbogățită în secvența de ADN țintă. De exemplu, principala proteină sintetizată de celulele insulelor Langerhans din pancreas este insulina, iar 70% din ARNm izolat din aceste celule o codifică.

Cu toate acestea, principiul îmbogățirii ADNc este inaplicabil pentru acele proteine ​​umane, a căror cantitate este foarte mică sau al căror loc de sinteză este necunoscut. În acest caz, pot fi necesare alte abordări experimentale. De exemplu, interferonii umani (IF), inclusiv interferonii alfa, beta și gama, sunt proteine ​​naturale, fiecare dintre acestea putând să-și găsească propria utilizare terapeutică. Prima genă a interferonului a fost izolată la începutul anilor 1980. secolul XX. De atunci, au fost descoperiți mai mulți interferoni diferiți. O polipeptidă cu acțiunea interferonului leucocitar uman este sintetizată în E. coli.

Mai multe caracteristici ale interferonului au făcut izolarea ADNc-ului său deosebit de dificilă. În primul rând, în ciuda faptului că interferonul a fost purificat de peste 80.000 de ori, acesta a putut fi obținut doar în cantități foarte mici. greutatea sa moleculară exactă nu era cunoscută la momentul respectiv. În al doilea rând, spre deosebire de multe alte proteine, interferonul nu are o activitate chimică sau biologică ușor de identificat: a fost evaluat doar prin scăderea efectului citopatic al virusului animal asupra culturii celulare, iar acesta este un proces complex și de durată. În al treilea rând, spre deosebire de insulină, nu se știa dacă există celule umane capabile să producă interferon în cantități suficient de mari, de exemplu. dacă există o sursă de ARNm de interferon. În ciuda tuturor acestor dificultăți, cADN-ul care codifică interferonul a fost în cele din urmă izolat și caracterizat. La izolarea ADNc-ului lor, a trebuit dezvoltată o abordare specială pentru a depăși dificultățile asociate cu conținutul insuficient de ARNm și proteine ​​corespunzătoare. Acum, această procedură de extracție a ADN-ului este comună și standard, iar pentru interferoni este după cum urmează.

1. Din leucocite umane, ARNm a fost izolat şi fracţionat după mărime; a efectuat transcrierea inversă și a fost inserată în situsul Psti al plasmidei pBR322.

2. Produsul rezultat a fost transformat în Escherichia coli. Clonele rezultate au fost împărțite în grupuri. Testarea a fost efectuată pe clone, ceea ce a făcut posibilă accelerarea procesului de identificare a acestora.

3. Fiecare clonă de clonă a fost hibridizată cu un preparat brut de IF-ARNm.

4. Din hibrizii rezultaţi conţinând ADN donat şi ARNm, ARNm a fost izolat şi tradus într-un sistem de sinteză de proteine ​​fără celule.

5. S-a determinat activitatea antivirală interferoică a fiecărui amestec obținut ca urmare a translației. Grupurile care prezintă activitate interferonului au conținut o clonă cu cADN hibridizat cu IF-ARNm.

6. Grupurile pozitive au fost împărțite în subgrupuri care conțineau mai multe clone și testate din nou. Subgruparea a fost repetată până când a fost identificată o clonă care conține IF-ADNc uman de lungime întreagă.

De atunci, au fost descoperite mai multe tipuri diferite de interferoni. Genele mai multor interferoni au fost izolate și eficacitatea lor a fost demonstrată în tratamentul diferitelor boli virale, dar, din păcate, interferonul nu a devenit un panaceu.

Pe baza proprietăților chimice și biologice ale interferonului, se pot distinge trei grupe: IF-alfa, IF-beta și IF-gamma. IF-alfa și IF-beta sunt sintetizate de celulele tratate cu medicamente ale virusurilor sau ARN viral, iar IF-gamma este produsă ca răspuns la acțiunea substanțelor care stimulează creșterea celulară. IF-alfa este codificat de o familie de gene de cel puțin 15 gene non-alelice, în timp ce IF-beta și IF-gamma sunt codificate de câte o genă fiecare. Subtipurile IF-alfa au specificități diferite. De exemplu, atunci când se testează eficacitatea IF-elf-1 și IF-alfa-2 pe o linie celulară bovină tratată cu virus, acești interferoni prezintă activitate antivirală similară, în timp ce în cazul celulelor umane tratate cu virus, IF-alfa- 2 este de șapte ori mai activ decât IF-alfa 1. Dacă activitatea antivirală este testată pe celule de șoarece, atunci IF-alfa-2 este de 30 de ori mai puțin eficient decât IF-alfa-1.

Datorită faptului că există o familie de interferoni, s-au făcut mai multe încercări de a crea IF-uri cu proprietăți combinate, folosindu-se de faptul că diferiți membri ai familiei IF-alfa diferă în gradul și specificitatea activității lor antivirale. În teorie, acest lucru poate fi realizat prin conectarea unor părți ale secvențelor de gene ale diferitelor IF-alfa. Acest lucru va duce la formarea unei proteine ​​de fuziune cu proprietăți diferite față de fiecare dintre proteinele originale. Comparația secvențelor de ADNc ale IF-alfa-1 și IF-alfa-2 a arătat că acestea conțin aceleași situsuri de restricție la pozițiile 60, 92 și 150. După scindarea ambelor ADNc la aceste situsuri și legarea ulterioară a fragmentelor, mai mulți hibrizi au fost obţinute gene. Aceste gene au fost exprimate în E. coli, proteinele sintetizate au fost purificate și funcțiile lor biologice au fost investigate. Testarea proprietăților protectoare ale IF hibride în cultura de celule de mamifere a arătat că unele dintre ele sunt mai active decât moleculele parentale. În plus, multe IF hibride au indus formarea de 2 "-5" -oligoizoadenilat sintetazei în celulele martor. Această enzimă este implicată în sinteza a 2 oligonucleotide legate "-5", care la rândul lor activează endoribonucleaza celulară latentă, care scindează ARNm viral. Alte IF hibride au prezentat o activitate antiproliferativă mai mare în culturi de diferite celule canceroase umane decât moleculele părinte.

Un hormon de creștere

Strategia de a construi noi proteine ​​prin modificarea domeniilor funcționale sau prin mutageneză dirijată poate fi utilizată pentru a îmbunătăți sau slăbi proprietatea biologică a unei proteine. De exemplu, hormonul uman de creștere (HGH) nativ se leagă în diferite tipuri de celule atât de receptorul hormonului de creștere, cât și de receptorul de prolactină. Pentru a evita efectele secundare nedorite în timpul tratamentului, este necesar să se excludă atașarea hGH la receptorul de prolactină. Deoarece regiunea moleculei de hormon de creștere care se leagă de acest receptor coincide doar parțial în secvența sa de aminoacizi cu regiunea moleculei care interacționează cu receptorul de prolactină, a fost posibilă reducerea selectivă a legării hormonului la acesta din urmă. Pentru aceasta, s-a folosit mutageneza site-specific, care a dus la anumite modificări ale grupurilor laterale ale unor aminoacizi (His-18, His-21 și Glu-174) - liganzi pentru ionii Zn 2+ necesari pentru legarea cu afinitate mare. de hGH la receptorul de prolactină. Hormonul de creștere modificat se leagă doar de „propriul” receptor. Rezultatele obținute sunt de un interes indubitabil, dar nu este încă clar dacă hGH modificată poate fi utilizată în clinică.

Fibroză chistică

Cea mai frecventă boală ereditară letală printre caucazieni este fibroza chistică. În Statele Unite au identificat 30 000 de cazuri de această boală, în Canada și Europa - 23 000. Pacienții cu fibroză chistică suferă adesea de boli infecțioase care afectează plămânii. Tratamentul infecțiilor recurente cu antibiotice duce în cele din urmă la apariția unor tulpini rezistente de bacterii patogene. Bacteriile și produsele lizei lor provoacă acumularea de mucus vâscos în plămâni, ceea ce face dificilă respirația. Una dintre componentele mucusului este ADN-ul cu greutate moleculară mare, care este eliberat din celulele bacteriene în timpul lizei. Oamenii de știință de la compania de biotehnologie Genentech (SUA) au izolat și exprimat gena pentru DNază, o enzimă care descompune ADN-ul cu greutate moleculară mare în fragmente mai scurte. Enzima purificată este injectată ca parte a unui aerosol în plămânii pacienților cu fibroză chistică, descompune ADN-ul, vâscozitatea mucusului scade, ceea ce face respirația mai ușoară. Deși aceste măsuri nu vindecă fibroza chistică, ele oferă o ușurare. Enzima a fost recent aprobată de Departamentul pentru Alimente, Medicamente și Cosmetice din SUA și a generat aproximativ 100 de milioane de dolari în vânzările din 2000.

Un alt produs biotehnologic care ajută pacienții este alginat liaza. Alginatul este o polizaharidă sintetizată de o varietate de alge, sol și bacterii marine. Unitățile sale monomerice sunt două zaharide - beta-D-mannuronat și alfa-1-guluronat, al căror conținut relativ și distribuție determină proprietățile unui anumit alginat. Astfel, reziduurile de a-L-guluronat formează legături intercatenare și intracatenare prin legarea ionilor de calciu; reziduurile de beta-D-mannuronat leagă ionii altor metale. Alginatul care conține astfel de legături încrucișate formează un gel elastic, a cărui vâscozitate este direct proporțională cu dimensiunea moleculelor de polizaharide.

Eliberarea de alginat de către tulpinile mucoase de Pseudomonas aeruginosa crește semnificativ vâscozitatea mucusului la pacienții cu fibroză chistică. Pentru a curăța căile respiratorii și a atenua starea pacienților, pe lângă tratamentul cu DNază, depolimerizarea alginatului trebuie efectuată folosind alginat liază.

Gena alginatului liază a fost izolată din Flavobacterium sp., o bacterie gram-negativă a solului care produce activ această enzimă. Pe baza E. coli, a fost creată o bancă de clone de Flavobacterium, iar cele care sintetizează alginat liaza au fost selectate prin placarea tuturor clonelor pe un mediu solid care conține alginat cu adăugarea de ioni de calciu. În aceste condiții, tot alginatul din mediu, cu excepția celui care înconjoară coloniile producătoare de alginat-lază, formează legături încrucișate și devine tulbure. Alginatul hidrolizat își pierde capacitatea de a forma legături încrucișate, astfel încât mediul din jurul coloniilor care sintetizează alginat liaza rămâne transparent. Analiza fragmentului de ADN donat prezent într-una dintre coloniile pozitive a arătat prezența unui cadru deschis de citire care codifică o polipeptidă cu o greutate moleculară de aproximativ 69 000. Studii biochimice și genetice mai detaliate au arătat că această polipeptidă pare a fi un precursor a trei alginat liazele produse de Flavobacterium sp. În primul rând, o enzimă proteolitică taie din ea o peptidă N-terminală care cântărește aproximativ 6000. Proteina rămasă, cu o greutate moleculară de 63000, este capabilă să depolimerizeze alginatul produs atât de bacterii, cât și de alge. Atunci când este tăiat ulterior, se formează un produs cu o greutate moleculară de 23.000, care depolimerizează alginatul de alge și o enzimă cu o greutate moleculară de 40.000, care distruge alginatul bacterian. Pentru a obține cantități mari de enzimă cu o greutate moleculară de 40.000, ADN-ul care o codifică a fost amplificat prin reacția în lanț a polimerazei (PCR) și apoi inserat într-un vector plasmid izolat din B. subrjlis purtând gena care codifică peptida semnal a B. subrjlis. a-amilaza. Transcripția a fost controlată folosind sistemul de expresie a genei penicilinazei. Când celulele B. subrjlis au fost transformate cu plasmida obţinută şi placate pe un mediu solid conţinând alginat cu adăugarea de ioni de calciu, s-au format colonii cu un halo mare. Când astfel de colonii au fost crescute în mediu lichid, alginat liaza recombinată a fost eliberată în mediul de cultură. Testele ulterioare au arătat că această enzimă este capabilă să lichefieze eficient alginații sintetizați de tulpinile mucoase de P. aeruginosa, care au fost izolate din plămânii pacienților cu fibroză chistică. Sunt necesare cercetări ulterioare pentru a determina dacă testarea clinică a alginatului liazei recombinate este adecvată.

Prevenirea respingerii transplantului de organe

În anii 1970. au fost revizuite punctele de vedere asupra imunizării pasive: a început să fie considerată un mijloc profilactic de combatere a respingerii organelor transplantate. S-a propus injectarea pacientilor cu anticorpi specifici care se vor lega de un anumit tip de limfocite, reducand raspunsul imun impotriva organului transplantat.

Anticorpii monoclonali de șoarece OCTZ au fost primele substanțe recomandate de Departamentul pentru Alimente, Medicamente și Cosmetice din SUA pentru utilizare ca imunosupresoare în transplantul de organe umane. Așa-numitele celule T, limfocitele care se diferențiază în timus, sunt responsabile de respingerea organelor. OCTZ se leagă de un receptor de pe suprafața oricărei celule T numit CD3. Acest lucru previne dezvoltarea unui răspuns imun complet și respingerea organului transplantat. Această imunosupresie este foarte eficientă, deși are unele efecte secundare, cum ar fi febra și erupția cutanată.

Au fost dezvoltate tehnici pentru producerea de anticorpi folosind E. coli. Hibridoamele, ca majoritatea altor culturi de celule animale, cresc relativ lent, nu ating densități mari și necesită medii complexe și costisitoare. Anticorpii monoclonali obținuți în acest fel sunt foarte scumpi, ceea ce nu permite utilizarea lor pe scară largă în clinică.

Pentru a rezolva această problemă, s-au încercat crearea unui fel de „bioreactor” bazat pe bacterii, plante și animale modificate genetic. În acest scop, au fost introduse în genomul gazdă constructe de gene capabile să codifice regiuni individuale de anticorpi. Pentru livrarea și funcționarea eficientă a unor agenți imunoterapeutici, o singură regiune de legare a antigenului a unui anticorp (fragment Fab sau Fv) este adesea suficientă, de exemplu. prezenţa porţiunii Fc a anticorpului este opţională.

Plante MG - producători de produse farmaceutice

Astăzi, perspectivele ca biotehnologia agricolă să furnizeze astfel de plante care vor fi folosite ca medicamente sau vaccinuri par din ce în ce mai reale. Este greu de imaginat cât de important ar putea fi acest lucru pentru țările sărace, unde produsele farmaceutice convenționale sunt încă o noutate și programele tradiționale de vaccinare ale OMS sunt prea scumpe și dificil de implementat. Acest domeniu de cercetare trebuie susținut în toate modurile posibile, inclusiv prin cooperare între sectorul public și cel privat al economiei.

Dintre genele, a căror expresie în plante este considerată exotică, cele mai importante sunt genele care codifică sinteza polipeptidelor de importanță medicală. Evident, brevetul Calgene privind expresia interferonului de șoarece în celulele vegetale ar trebui considerat prima cercetare efectuată în acest domeniu. Ulterior, a fost demonstrată sinteza imunoglobulinelor din frunzele plantelor.

În plus, este posibil să se introducă în genomul unei plante o genă care codifică proteina (proteinele) de anvelopă a unui virus. Consumând planta pentru hrană, oamenii vor dobândi treptat imunitate la acest virus. În esență, aceasta este crearea de plante medicinale.

Plantele transgenice au o serie de avantaje față de cultura de celule de microorganisme, animale și oameni pentru producerea de proteine ​​recombinante. Printre avantajele plantelor transgenice, le remarcăm pe cele principale: posibilitatea producției la scară largă, ieftinitatea, ușurința de curățare, absența impurităților care au efecte alergene, imunosupresoare, cancerigene, teratogene și alte efecte asupra omului. Plantele pot sintetiza, glicozila și asambla proteine ​​de mamifere din subunități. Imunizarea orală are loc atunci când se consumă legume și fructe crude care poartă gene care codifică sinteza proteinelor vaccinului.

Una dintre modalitățile de reducere a riscului de scurgere a genelor în mediu, folosită, în special, la crearea vaccinurilor comestibile, este introducerea de gene străine în cloroplaste, și nu în cromozomi nucleari, ca de obicei. Se crede că această metodă va extinde domeniul de aplicare al plantelor modificate genetic. În ciuda faptului că este mult mai dificil să se introducă genele dorite în cloroplaste, această metodă are mai multe avantaje. Una dintre ele este că ADN-ul străin de la cloroplaste nu poate pătrunde în polen. Acest lucru elimină complet posibilitatea transferului necontrolat de material MG.

Utilizarea tehnologiei ADN pentru a dezvolta vaccinuri

O direcție promițătoare este crearea de plante transgenice purtătoare de gene de proteine ​​caracteristice bacteriilor și virușilor care provoacă boli infecțioase. Atunci când se consumă fructe și legume crude purtătoare de astfel de gene sau sucurile lor liofilizate, organismul este vaccinat. De exemplu, atunci când gena pentru subunitatea netoxică a enterotoxinei holerei a fost introdusă în plantele de cartofi și când tuberculii cruzi au fost hrăniți șoarecilor experimentali, în corpurile lor s-au format anticorpi împotriva agenților patogeni ai holerei. Este clar că astfel de vaccinuri comestibile pot fi o modalitate eficientă, simplă și ieftină de a proteja oamenii și de a asigura siguranța alimentară în general.

Dezvoltarea tehnologiei ADN în ultimele decenii a revoluționat dezvoltarea și producerea de noi vaccinuri. Folosind metodele de biologie moleculară și inginerie genetică, au fost identificați determinanți antigenici ai multor agenți infecțioși, au fost donate gene care codifică proteinele corespunzătoare și, în unele cazuri, a fost lansată producția de vaccinuri pe baza subunităților proteice ale acestor antigene. Diareea cauzată de infecția cu Vibrio cholerae sau E. coli enterotoxigenă (Escherichia coli) este una dintre cele mai periculoase boli cu un procent mare de decese, în special la copii. Numărul total de boli de holeră din lume depășește 5 milioane de cazuri anual, în urma cărora mor aproximativ 200 de mii de oameni. De aceea, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) acordă atenție prevenirii infecțiilor diareice, stimulând în orice mod posibil crearea unei varietăți de vaccinuri împotriva acestor boli. Focare de holeră se întâlnesc și la noi în țară, mai ales în regiunile sudice.

Bolile bacteriene diareice sunt larg răspândite și la animalele de fermă și păsările de curte, în primul rând la animalele tinere, ceea ce este cauza unor pierderi mari în ferme ca urmare a scăderii în greutate și a mortalității.

Un exemplu clasic de vaccin recombinant obținut cu ajutorul microorganismelor este producerea antigenului de suprafață al hepatitei B. Gena virală HBsAg a fost introdusă într-o plasmidă de drojdie, în urma căreia a fost sintetizată o proteină virală în drojdie în cantități mari, care, după purificare , este utilizat pentru injectare ca vaccin eficient împotriva hepatitei (Pelre et al., 1992).

Multe țări din sud cu o incidență ridicată a hepatitei vaccinează populația, inclusiv copiii, împotriva bolii. Din păcate, costul unui astfel de vaccin este relativ mare, ceea ce împiedică implementarea pe scară largă a programelor de vaccinare universală pentru populația din țările cu standarde de viață scăzute. Ca răspuns la această situație, la începutul anilor 1990, OMS a lansat o inițiativă de a crea noi tehnologii pentru producerea de vaccinuri ieftine împotriva bolilor infecțioase disponibile în toate țările lumii.

În urmă cu zece ani, a fost propus conceptul de utilizare a plantelor transgenice pentru producerea așa-numitelor vaccinuri „comestibile”. Într-adevăr, dacă orice organ comestibil al unei plante sintetizează un antigen proteic cu proprietăți imunogene orale puternice, atunci când aceste plante sunt consumate în alimente, antigenul proteic va fi digerat în paralel cu producerea de anticorpi corespunzători.

Plantele de tutun obţinute poartă gena care codifică antigenul învelişului virusului hepatitei B sub promotorul plantei. Prezența antigenului în frunzele plantelor transgenice a fost confirmată prin imunotest enzimatic. A fost demonstrată asemănarea structurii fizico-chimice și a proprietăților imunologice ale antigenului recombinant rezultat și a antigenului serului uman.

Identificarea anticorpilor produși în plante a arătat posibilitatea de a asambla două produse genice recombinante într-o moleculă de proteină, ceea ce este imposibil în celulele procariote. Asamblarea anticorpilor a avut loc atunci când ambele lanțuri au fost sintetizate cu o secvență semnal. Mai mult, împreună cu posibilitatea de a introduce două gene într-o plantă, este, de asemenea, posibilă combinarea lanțurilor polipeptidice individuale sintetizate în diferite plante transgenice într-o proteină completă în timpul hibridizării acestor două plante. Este posibil să se introducă mai multe gene pe o plasmidă.

Plantele producătoare de autoantigene transgenice pot fi utilizate și pentru alte boli autoimune, cum ar fi scleroza multiplă, artrita reumatoidă, diabetul dependent de insulină și chiar respingerea transplantului de organe. Diabetul insulino-dependent este o boală autoimună în care celulele pancreasului producătoare de insulină sunt distruse de propriile limfocite T citotoxice. Consumul profilactic oral de cantități semnificative de proteine ​​imunogene poate duce la prevenirea și întârzierea semnificativă a apariției simptomelor bolilor autoimune. Cu toate acestea, este posibil numai în prezența unei cantități semnificative de autoantigene. Proteinele insulină și decarboxilaza acidului glutamic pancreatic (GAD65) sunt considerate vaccinuri orale pentru prevenirea diabetului insulino-dependent. Recent, biotehnologii canadieni au obținut plante transgenice de cartofi care sintetizează decarboxilaza pancreatică a acidului glutamic. La hrănirea șoarecilor predispuși la diabet, s-a observat atât o scădere a incidenței diabetului, cât și amploarea răspunsului autoimun.

Rezultatele de mai sus ale dezvoltării ingineriei genetice indică în mod convingător posibilitatea creării de vaccinuri „comestibile” pe bază de plante transgenice. Având în vedere faptul că dezvoltarea vaccinurilor pentru oameni va dura mult mai mult timp și mai riguroase depistare a sănătății, este de așteptat ca primele vaccinuri comestibile să fie dezvoltate pentru animale. Studiile pe animale vor ajuta la dezvăluirea mecanismelor de acțiune ale vaccinurilor „comestibile” și numai atunci, după un studiu îndelungat și o evaluare cuprinzătoare, astfel de vaccinuri pot fi utilizate în practica clinică. Cu toate acestea, lucrările în această direcție continuă în mod activ, iar ideea utilizării plantelor pentru producerea de vaccinuri a fost deja patentată în Statele Unite, ceea ce indică interesul comercial pentru aceste dezvoltări.

În ciuda acestor rezultate încurajatoare, dezvoltarea de vaccinuri comerciale „comestibile” împotriva diareei necesită cercetări suplimentare. În patogeneza formei enterotoxice de diaree bacteriană și holeră, principalul este de a permite bacteriilor să se înmulțească în intestinul subțire. Acest proces depinde de capacitatea Escherichia coli de a adera, care se datorează prezenței pe suprafața celulelor bacteriene a unor formațiuni filamentoase speciale de natură proteică - fimbria. Pe pereții intestinului subțire ai pacienților cu diaree se găsesc semnificativ mai multe bacterii decât în ​​lumenul aceleiași părți a intestinului, ceea ce este asociat cu prezența adezinelor fimbriale în Escherichia coli - proteine ​​care asigură legarea la receptorii de pe suprafața epiteliului intestinal.

Chiar și tulpinile nepatogene de Escherichia coll, care conțineau o plasmidă care codifică sinteza adezinei, au fost capabile să colonizeze intestinul și să provoace diaree fără a produce enterotoxine. În acest sens, este probabil ca imunitatea împotriva toxinelor în sine să nu fie suficientă pentru a preveni efectele patogene cauzate de Vibrio cholerae sau Escherichia coli. Este posibil ca pentru a depăși aceste efecte, pe lângă antigenele enterotoxinelor, să fie necesară exprimarea epitopilor neutralizanți ai antigenelor structurale, precum lipopolizaharidele, proteinele membranei exterioare a bacteriilor sau adezinele asociate cu fimbriile de aceste bacterii, care sunt responsabile de legarea de mucoasa intestinală. Recent, o astfel de adezină, FimH, a fost folosită cu succes pentru a imuniza șoarecii împotriva diareei bacteriene.

O altă problemă importantă asociată cu dezvoltarea vaccinurilor „comestibile” este nivelul de expresie a antigenului heterolog în plante. Deoarece administrarea orală a vaccinului necesită cantități mai mari de antigen decât în ​​cazul administrării parenterale, cantitatea de antigen sintetizată în plante, care acum nu este mai mare de 0,3% din proteina solubilă totală, ar trebui crescută. În același timp, nivelul de expresie trebuie să fie suficient de mare pentru a induce un răspuns imun, dar mai mic decât nivelul care induce toleranță la antigen, așa cum este cazul substanțelor consumate cu alimente normale. Și deoarece răspunsul imun (imunogenitatea împotriva toleranței) poate fi specific antigenului, nivelurile de expresie pentru fiecare antigen potențial vor trebui selectate individual.

Experimentele arată că nivelul de exprimare a unui antigen heterolog în plante poate fi crescut prin utilizarea promotorilor și amplificatori specifici țesuturilor, amplificatori ai transcripției și translației, adăugând peptide de transport și, de asemenea, prin modificarea secvenței de nucleotide a genelor corespunzătoare folosind codoni preferați pentru plantelor. Cu toate acestea, întrebarea care sunt plantele cel mai bine utilizate și în ce organ comestibil este mai bine să se exprime antigenul necesită cercetări suplimentare, deoarece diverse plante pot conține substanțe care blochează sau încetinesc răspunsul imunitar sau sunt pur și simplu toxice pentru oameni și animale, cum ar fi ca alcaloizi.în celulele de tutun.

Sănătate ABC - alimente sănătoase

Realizările progresului științific și tehnologic au afectat toate sferele activității umane, de la producție până la viața de zi cu zi. Timp de secole, oamenii au căutat să se elibereze de efortul fizic, automatizarea producției, crearea de aparate electrocasnice etc. Și, în general, au fost eliberați. Ca urmare, consumul zilnic de energie al unei persoane până la sfârșitul secolului XX, comparativ cu începutul său, a scăzut de 1,5-2 ori.

Sănătatea umană este determinată în principal de predispoziția ereditară (genetică) și de nutriție. În orice moment, crearea unei baze alimentare a fost garanția și baza pentru prosperitatea oricărui stat. Prin urmare, orice stat este interesat de proiecte de prevenire și programe de sănătate, îmbunătățirea structurii nutriției, îmbunătățirea calității vieții, reducerea morbidității și mortalității. Nutriția este cea care ne conectează strâns cu mediul înconjurător, iar hrana este materialul din care este construit corpul uman. Prin urmare, cunoașterea legilor nutriției optime vă permite să asigurați sănătatea umană. Această cunoaștere este simplă și este după cum urmează: consumă atâta energie cât cheltuiești. Valoarea energetică (conținutul caloric) a dietei zilnice ar trebui să corespundă consumului zilnic de energie. Un altul este varietatea maximă de alimente, care va oferi o varietate de compoziție chimică a nutriției la nevoile fiziologice ale oamenilor de nutrienți (aproximativ 600 de articole). Alimentele consumate trebuie să conțină proteine, grăsimi, carbohidrați, vitamine, săruri minerale, apă, fibre, enzime, substanțe aromatizante și extractive, componente minore - bioflavonoide, indoli, antocianuri, izoflavone și multe altele. În cazul insuficienței a cel puțin uneia dintre aceste componente, sunt posibile probleme grave de sănătate. Și pentru a preveni acest lucru, dieta zilnică a unei persoane ar trebui să includă aproximativ 32 de nume de diferite alimente.

Raportul optim de nutrienți care intră în organism contribuie la păstrarea sănătății și longevității. Dar, din păcate, majoritatea populației lumii se caracterizează printr-o deficiență a următorilor nutrienți: proteine ​​complete (animale); acizi grași polinesaturați; vitaminele C, B, B2, E, acid folic, retinol, beta-caroten și altele; macro și microelemente: Ca, Fe, Zn, F, Se, I și altele; fibre dietetice. Și consumul excesiv de astfel de grăsimi animale și carbohidrați ușor digerabili.

Deficitul de aport de proteine ​​pentru majoritatea populației este în medie de 20%, conținutul majorității vitaminelor și microelementelor este cu 15-55% mai mic decât valorile calculate ale necesarului de acestea, iar fibrele alimentare sunt cu 30% mai mici. Încălcarea stării nutriționale duce inevitabil la o deteriorare a sănătății și, în consecință, la dezvoltarea bolilor. Dacă luăm întreaga populație a Federației Ruse ca 100%, doar 20% vor fi sănătoși, oamenii în stare de inadaptare (cu rezistență adaptativă redusă) - 40% și în stare de pre-boală și boală - 20% , respectiv.

Printre cele mai frecvente boli dependente de alimentatie se numara urmatoarele: ateroscleroza; boala hipertonică; hiperlipidemie; obezitatea; Diabet; osteoporoza; gută; unele neoplasme maligne.

Dinamica indicatorilor demografici din Federația Rusă și Ucraina în ultimii 10 ani este, de asemenea, caracterizată de tendințe extrem de negative. Mortalitatea este aproape de două ori mai mare decât rata natalității, speranța de viață este semnificativ inferioară nu numai țărilor dezvoltate...

În structura cauzelor decesului, locul de frunte este ocupat de patologiile sistemului cardiovascular și de bolile oncologice - boli, al căror risc, printre alte motive, depinde de tulburările de nutriție.

De asemenea, trebuie luată în considerare deficitul de produse alimentare din lume. De-a lungul secolului al XX-lea, populația lumii a crescut de la 1,5 la 6 miliarde de oameni. Se presupune că până în 2020 va crește la 8 miliarde sau mai mult, în funcție de cine numără și cum. Este clar că problema principală este alimentația unui astfel de număr de oameni. În ciuda faptului că producția agricolă în ultimii 40 de ani, datorită selecției și îmbunătățirii metodelor agronomice, a crescut în medie de 2,5 ori, o creștere ulterioară pare puțin probabilă. Aceasta înseamnă că rata producției de produse alimentare agricole în viitor va rămâne din ce în ce mai în urmă cu rata de creștere a populației.

Un om modern consumă aproximativ 800 g de hrană și 2 litri de apă pe zi. Astfel, într-o singură zi, oamenii mănâncă peste 4 milioane de tone de alimente. Deja, deficitul de produse alimentare din lume depășește 60 de milioane de tone, iar previziunile sunt dezamăgitoare...

Soluția la problema creșterii producției de alimente folosind metodele vechi nu mai este posibilă. În plus, tehnologiile agricole tradiționale nu sunt regenerabile: în ultimii 20 de ani, omenirea a pierdut peste 15% din stratul fertil de sol, iar cea mai mare parte a solului potrivit pentru cultivare este deja implicată în producția agricolă.

O analiză a situației care s-a dezvoltat în ultimii ani în complexul agroindustrial al Rusiei indică o scădere a populației vie și o scădere a producției de toate tipurile de produse agricole de peste 1,5 ori. Cu volumele totale rămase de resurse naturale și de muncă, criza a provocat o deteriorare bruscă a utilizării terenurilor arabile, o scădere a productivității agroecosistemelor, peste 30 de milioane de hectare de agrocenoze foarte productive au fost retrase din circulație.

Măsurile luate până acum pentru stabilizarea situației de pe piața agricolă s-au dovedit ineficiente și insuficiente. Iar importurile de alimente au depășit toate limitele rezonabile și au pus sub semnul întrebării securitatea alimentară.

Pe baza importanței optimizării structurii nutriției pentru sănătatea națiunii, dezvoltarea și securitatea țării, a fost dezvoltată o direcție prioritară pentru îmbunătățirea alimentației populației Rusiei: eliminarea deficienței de proteine ​​complete; eliminarea deficiențelor de micronutrienți; crearea condițiilor pentru dezvoltarea fizică și psihică optimă a copiilor; asigurarea siguranței produselor alimentare interne și importate; creşterea nivelului de cunoaştere a populaţiei în materie de alimentaţie sănătoasă. Baza științifică a strategiei moderne de producție alimentară este căutarea de noi resurse care să asigure raportul optim al componentelor chimice ale alimentelor pentru organismul uman. Soluția la această problemă este în primul rând găsirea de noi surse de proteine ​​și vitamine.

De exemplu, o plantă care conține o proteină completă, care nu este inferioară proteinelor animale în ceea ce privește un set de aminoacizi, este soia. Introducerea produselor din acesta în dietă vă permite să compensați deficiența de proteine, precum și diferite componente minore, în special, izoflavone.

Una dintre soluțiile la problema alimentară este sinteza chimică a produselor alimentare și a componentelor acestora, iar un anumit succes a fost deja obținut în producția de preparate cu vitamine. O metodă foarte promițătoare și deja folosită pentru obținerea produselor alimentare de calitate superioară este îmbogățirea acestora cu proteine ​​și vitamine în procesul de prelucrare tehnologică, adică producția de alimente cu o compoziție chimică dată.

O altă modalitate este utilizarea microorganismelor ca componente individuale ale produselor alimentare, deoarece rata de creștere a microorganismelor este de o mie de ori mai mare decât rata de creștere a animalelor de fermă și de 500 de ori mai mare decât cea a plantelor.

Este important să existe posibilitatea predeterminarii genetice direcționate în microorganisme a compoziției lor chimice, îmbunătățirea acesteia, care determină în mod direct valoarea lor nutritivă și perspectivele de utilizare.

Astfel, în noul secol, producția de alimente nu se poate face fără utilizarea tehnologiilor moderne înalte și, în special, fără utilizarea biotehnologiei, utilizarea microorganismelor pentru obținerea alimentelor.

Odată cu creșterea gradului de conștientizare a importanței unui stil de viață sănătos, cererea de produse alimentare care nu conțin substanțe nocive a crescut. Și aici tehnologii ADN nu au putut să nu participe.

Mai sus, am menționat deja sfecla de zahăr, care produce fructan, un înlocuitor hipocaloric al zaharozei. Acest rezultat a fost obținut prin inserarea unei gene din topinamburul în genomul sfeclei, care codifică o enzimă care transformă zaharoza în fructan. Astfel, 90% din zaharoza acumulată în plantele transgenice de sfeclă este transformată în fructan.

Un alt exemplu de lucru privind crearea de produse de „nutriție funcțională” este încercarea de a crea cafea fără cofeină. O echipă de oameni de știință din Hawaii a izolat o genă pentru enzima xantozin-N7-metiltransferaza, care catalizează primul pas critic în sinteza cofeinei în frunzele și boabele de cafea. Cu ajutorul Agrobacterium, o versiune antisens a acestei gene a fost introdusă în celulele culturii de țesut ale cafelei Arabica. Studiile asupra celulelor transformate au arătat că nivelul de cofeină din acestea este de doar 2% din normal. Dacă lucrările de regenerare și reproducere a plantelor transformate au succes, atunci utilizarea lor va permite evitarea procesului de decofeinizare chimică a cafelei, care nu numai că va economisi 2,00 USD per kilogram de cafea (costul procesului), dar și va conserva. gustul băuturii strica în acest fel, care se pierde parțial în timpul decofeinării. ...

Țările în curs de dezvoltare, unde sute de milioane de oameni mor de foame, au nevoie în special de o calitate îmbunătățită a alimentelor. De exemplu, leguminoaselor cultivate peste tot în lume le lipsesc unii aminoacizi care conțin sulf, inclusiv metionina. Acum se fac încercări active de creștere a concentrației de metionină din leguminoase. În plantele modificate genetic, este posibilă creșterea conținutului de proteine ​​​​de depozitare cu 25% (acest lucru s-a făcut până acum pentru unele soiuri de fasole). Un alt exemplu deja menționat este „orezul auriu” îmbogățit cu beta-caroten, obținut de profesorul Potrikus de la Universitatea Tehnică din Zurich. Obținerea unui grad industrial ar fi o realizare remarcabilă. De asemenea, se încearcă îmbogățirea orezului cu vitamina B, a cărei lipsă duce la anemie și alte boli.

Lucrările privind îmbunătățirea caracteristicilor de calitate ale produselor vegetale ilustrează bine capacitățile tehnologiilor moderne ADN în rezolvarea unei game largi de probleme.

Mâncarea ca medicament

Termenul „biotehnologie” se referă la un set de metode industriale care utilizează organisme vii și procese biologice pentru producție. Tehnicile biotehnologice sunt la fel de vechi ca lumea - vinificația, coacerea, fabricarea berii, fabricarea brânzeturilor se bazează pe utilizarea microorganismelor și aparțin și biotehnologiei.

Biotehnologia modernă se bazează pe ingineria celulară și genetică, ceea ce face posibilă obținerea de substanțe biologic active valoroase - antibiotice, hormoni, enzime, imunomodulatori, vaccinuri sintetice, aminoacizi, precum și proteine ​​alimentare, pentru a crea noi varietăți de plante și rase de animale. . Principalul avantaj al utilizării noilor abordări este scăderea dependenței producției de resursele naturale, utilizarea celor mai profitabile metode de agricultură din punct de vedere ecologic și economic.

Crearea de plante modificate genetic face posibilă accelerarea de mai multe ori a procesului de reproducere a soiurilor, precum și obținerea de culturi cu proprietăți care nu pot fi crescute prin metode tradiționale. Modificarea genetică a culturilor le face rezistente la pesticide, dăunători, boli, reducând pierderile în timpul cultivării, depozitării și îmbunătățind calitatea produsului.

Ce este tipic pentru a doua generație de culturi transgenice care sunt deja produse la scară industrială? Au caracteristici agrotehnice mai mari, adică rezistență mai mare la dăunători și buruieni și, în consecință, producții mai mari.

Din punct de vedere al medicinei, avantajele importante ale produselor transgenice sunt că, în primul rând, a fost posibilă reducerea semnificativă a cantității reziduale de pesticide, ceea ce a făcut posibilă reducerea încărcăturii chimice asupra corpului uman într-o situație de mediu nefavorabilă. În al doilea rând, să confere proprietăți insecticide plantelor, ceea ce duce la scăderea infestării acestora cu insecte, iar acest lucru reduce foarte mult infestarea culturilor de cereale cu mucegaiuri. Se știe că produc micotoxine (în special, fumonisine - contaminanți naturali ai cerealelor) care sunt toxice pentru oameni.

Astfel, atât produsele MG de prima generație, cât și cele de a doua generație au un efect pozitiv asupra sănătății umane nu doar indirect - prin îmbunătățirea mediului, ci și direct - prin reducerea cantității reziduale de pesticide și a conținutului de micotoxine. Nu este de mirare că suprafața ocupată de culturi transgenice crește de la an la an.

Dar acum cea mai mare atenție va fi acordată creării de produse de generația a treia cu valoare nutritivă îmbunătățită sau modificată, rezistente la factorii climatici, salinitatea solului, precum și cu o durată de valabilitate prelungită și un gust îmbunătățit, caracterizat prin absența alergenilor.

Pentru culturile din a patra generație, pe lângă calitățile de mai sus, va fi caracteristică o modificare a arhitecturii plantelor (de exemplu, statură mică), o schimbare a timpului de înflorire și fructificare, ceea ce va face posibilă creșterea. fructe tropicale pe banda de mijloc, o modificare a dimensiunii, formei și numărului fructelor, o creștere a eficienței fotosintezei, producția de nutrienți cu un nivel crescut de asimilare, adică mai bine absorbit de organism.

Îmbunătățirea metodelor de modificare genetică, precum și aprofundarea cunoștințelor despre funcțiile alimentelor și despre metabolismul în corpul uman, vor face posibilă producerea de produse destinate nu numai să asigure o nutriție adecvată, ci și să îmbunătățească în continuare sănătatea și să prevină bolile. .

Bioreactoare de plante

Una dintre domeniile promițătoare ale tehnologiei ADN-ului plantelor este crearea de plante bioreactore capabile să producă proteinele necesare în medicină, farmacologie etc. Avantajele plantelor bioreactorului includ absența necesității de hrănire și întreținere, relativa ușurință de creare și reproducere. , și productivitate ridicată. În plus, proteinele străine nu induc răspunsuri imune la plante, ceea ce este greu de realizat la animale.

Este nevoie de a obține un întreg set de proteine ​​biologic active, care, din cauza unui nivel foarte scăzut de sinteză în țesuturi sau produse specifice, nu sunt disponibile pentru studiu prin mecanismul de acțiune, utilizarea pe scară largă sau determinarea zonelor de utilizare suplimentară. . Aceste proteine ​​includ, de exemplu, lactoferina, care se găsește în cantități mici în laptele de mamifere, leucocitele din sânge.

Lactoferina umană (hLF) promite să fie utilizată ca supliment alimentar și preparat medicinal pentru prevenirea și tratamentul bolilor infecțioase ale tractului gastrointestinal al copiilor mici, crescând răspunsul imun al organismului în boli maligne și virale (SIDA). Producția de lactoferină din laptele de bovine, datorită conținutului său scăzut, duce la un cost ridicat al medicamentului. Odată cu introducerea ADNc al genei lactoferinei în celulele de tutun, s-au obținut o serie de țesuturi calus care sintetizează lactoferină trunchiată, ale cărei proprietăți antibacteriene erau mult mai puternice decât proprietățile antibacteriene ale lactoferinei native. Concentrația acestei lactoferine trunchiate în celulele de tutun a fost de 0,6-2,5%.

Genele sunt introduse în genomul plantei, ale căror produse induc un răspuns imun la oameni și animale, de exemplu, împotriva proteinelor învelișului agenților cauzali ai diferitelor boli, în special, holeră, hepatită, diaree, precum și împotriva antigenelor. ale membranelor plasmatice ale unor tumori.

Sunt create plante transgenice care poartă gene care produc niște hormoni necesari terapiei hormonale la om și așa mai departe.

Un exemplu de utilizare a plantelor pentru a crea vaccinuri este munca depusă la Universitatea Stanford. În această lucrare, anticorpii împotriva uneia dintre formele de cancer au fost obținuți folosind un virus mozaic al tutunului modernizat, în care a fost inserată o regiune hipervariabilă de imunoglobulină a limfomului. Plantele infectate cu virusul modernizat au produs anticorpi cu conformația corectă într-o cantitate suficientă pentru uz clinic. 80% dintre șoarecii care au primit anticorpi au supraviețuit limfomului, în timp ce toți șoarecii care nu au primit vaccinul au murit. Metoda propusă face posibilă obținerea rapidă a anticorpilor specifici pacientului într-o cantitate suficientă pentru utilizare clinică.

Perspectivele de utilizare a plantelor pentru producerea de anticorpi sunt mari. Kevin Uzil și colegii de muncă au arătat că anticorpii produși de soia au fost eficienți în protejarea șoarecilor de infecția cu virusul herpes. În comparație cu anticorpii produși în culturile de celule de mamifere, anticorpii produși de plante au avut proprietăți fizice similare, au rămas stabili în celulele umane și nu diferă în capacitatea lor de a lega și neutraliza virusul. Studiile clinice au arătat că utilizarea anticorpilor produși de tutun a inhibat eficient înmulțirea streptococilor mutanți care provoacă carii dentare.

S-a realizat crearea unui vaccin produs de cartofi împotriva diabetului insulino-dependent. O proteină himerică constând din subunitatea B a toxinei holerice și proinsulină acumulată în tuberculii de cartofi. Prezența subunității B facilitează consumul de către celule a acestui produs, ceea ce face ca vaccinul să fie de 100 de ori mai eficient. Hrănirea șoarecilor diabetici cu tuberculi cu cantități de micrograme de insulină a încetinit progresia bolii.

Tehnologii genetice în lupta împotriva poluării mediului. Fitoremediere

Prin acțiunile sale, omul a intervenit în cursul dezvoltării evolutive a vieții pe Pământ și a distrus existența biosferei independente de om. Dar nu a reușit să desființeze legile fundamentale care guvernează biosfera și să se elibereze de influența lor.

Renăscută după următorul cataclism din focarele rămase, adaptându-se și evoluând, viața, totuși, a avut în orice moment direcția principală de dezvoltare. A fost determinată de legea dezvoltării istorice a lui Rulier, conform căreia, în cadrul progresului vieții și al ireversibilității evoluției, totul tinde spre independența față de condițiile de mediu. În procesul istoric, un astfel de efort se realizează prin creșterea complexității organizației, care se exprimă în diferențierea tot mai mare a structurii și funcțiilor. Astfel, la fiecare turnură următoare a spiralei evoluției, apar organismele cu un sistem nervos din ce în ce mai complex și cu centrul său - creierul. Oamenii de știință-evoluționişti ai secolului al XIX-lea. au numit această direcție de evoluție „cefalizare” (din grecescul „cephalon” - creier) Cu toate acestea, cefalizarea primatelor și complicarea corpului lor a pus în cele din urmă omenirea ca specie biologică în pragul dispariției conform regulii biologice a accelerarea evoluției, conform căreia complicarea sistemului biologic înseamnă o reducere a duratei medii de existență a speciilor și o creștere a ritmului de evoluție a acestuia. De exemplu, durata medie de viață a unei specii de păsări este de 2 milioane de ani, mamiferele - 800 de mii de ani, formele ancestrale ale omului - 200-500 de mii de ani. Subspecia modernă a omului a existat, conform unor idei, doar de la 50 la 100 de mii de ani, dar mulți oameni de știință cred că potențialul și rezervele sale genetice sunt epuizate (Dlekseenko, Keisevich, 1997).

Strămoșii omului modern au pus piciorul pe calea care intensifică confruntarea cu biosfera și duce la catastrofă acum aproximativ 1,5-3 milioane de ani, când au început să folosească focul. Din acel moment, căile omului și ale biosferei s-au divergent, a început opoziția lor, rezultatul căreia poate fi prăbușirea biosferei sau dispariția omului ca specie.

Omenirea nu poate abandona niciuna dintre realizările civilizației, chiar dacă acestea sunt dezastruoase: spre deosebire de animalele care folosesc doar surse regenerabile de energie și în cantități adecvate capacității biosferei de a se auto-reproduce biomasa, umanitatea poate exista folosind nu atât surse regenerabile, cât și neregenerabile. purtători de energie regenerabilă și surse de energie. Noile invenții în domeniu nu fac decât să întărească această opoziție.

Una dintre cele mai recente tendințe în utilizarea plantelor transgenice este utilizarea lor pentru fitoremediere - curățarea solurilor, a librelor de apă etc. - din poluanti: metale grele, radionuclizi si alti compusi nocivi.

Poluarea mediului cu substanțe naturale (petrol, metale grele etc.) și compuși sintetici (xenobiotice), adesea toxice pentru toate viețuitoarele, crește de la an la an. Cum să preveniți contaminarea ulterioară a biosferei și să eliminați focarele sale existente? Una dintre soluții este utilizarea tehnologiei genetice. De exemplu, organisme vii, în primul rând microorganisme. Această abordare se numește „bioremediere” – biotehnologie care vizează protejarea mediului. Spre deosebire de biotehnologiile industriale, al căror obiectiv principal este obținerea de metaboliți utili ai microorganismelor, lupta împotriva poluării este asociată inevitabil cu „eliberarea” microorganismelor în mediu, ceea ce necesită o înțelegere aprofundată a interacțiunii lor cu acesta. Microorganismele produc biodegradare - distrugerea compușilor periculoși care nu sunt un substrat comun pentru majoritatea dintre ele. Căile biochimice pentru degradarea compușilor organici complecși pot fi foarte extinse (de exemplu, naftalina și derivații săi sunt distruși de o duzină de enzime diferite).

Degradarea compușilor organici în bacterii este cel mai adesea controlată de plasmide. Ele sunt numite plasmide de degradare sau plasmide D. Ele descompun compuși precum salicilat, naftalina, camfor, octan, toluen, xilen, bifenil etc. Cele mai multe D-plasmide au fost izolate în tulpini de sol ale bacteriilor din genul Pseudomonas. Dar și alte bacterii le au: Alcalkjenes, Flavobacterium, Artrobacter etc. Plasmide care controlează rezistența la metalele grele au fost găsite în multe pseudomonade. Aproape toate D-plasmidele, după cum spun experții, sunt conjugative, adică. sunt capabili să se transfere în mod independent în celulele unui potențial receptor.

D-plasmidele pot controla atât etapele inițiale ale degradării unui compus organic, cât și degradarea completă a acestuia. Primul tip este plasmida OST, care controlează oxidarea hidrocarburilor alifatice la aldehide. Genele conținute în acesta controlează expresia a două enzime: hidroxilaza, care transformă hidrocarburile în alcool, și alcool dehidrogenaza, care oxidează alcoolul în aldehidă. Oxidarea ulterioară este efectuată de enzime, pentru sinteza cărora sunt „responsabile” genele cromozomilor. Cu toate acestea, majoritatea plasmidelor D aparțin celui de-al doilea tip.

Bacteriile rezistente la mercur exprimă gena mer A, care codifică o proteină pentru transferul și detoxifierea mercurului. Construcția genei mer A modificată a fost utilizată pentru a transforma tutunul, rapița, plopul și Arabidopsis. În cultura hidroponică, plantele cu această genă au fost extrase din mediul acvatic până la 80% din ionii de mercur. În același timp, creșterea și metabolismul plantelor transgenice nu au fost suprimate. Rezistența la mercur a fost transmisă prin generații de semințe.

La introducerea a trei constructe modificate ale genei mer A într-un arbore de lalele (Liriodendron tulipifera), plantele uneia dintre liniile obţinute au fost caracterizate printr-o rată de creştere rapidă în prezenţa concentraţiilor de clorură de mercur (HgCl 2) periculoase pentru plantele de control. . Plantele din această linie au absorbit și s-au transformat într-o formă elementară mai puțin toxică de mercur și au evaporat de până la 10 ori mai mult mercur ionic decât plantele de control. Oamenii de știință cred că mercurul elementar vaporizat de copacii transgenici din această specie se va disipa imediat în aer.

Metalele grele sunt o parte integrantă a poluanților de teren utilizați în producția agricolă. În cazul cadmiului, se știe că majoritatea plantelor îl acumulează în rădăcini, în timp ce unele plante, precum salata verde și tutunul, îl acumulează mai ales în frunze. Cadmiul intră în sol în principal din emisiile industriale și ca impuritate în îngrășămintele cu fosfor.

Una dintre abordările pentru reducerea aportului de cadmiu la oameni și animale poate fi producerea de plante transgenice care acumulează o cantitate mai mică din acest metal în frunze. Această abordare este valoroasă pentru acele specii de plante ale căror frunze sunt folosite pentru hrană sau pentru hrana animalelor.

De asemenea, puteți utiliza metalotioneine, proteine ​​mici bogate în cisteină care pot lega metalele grele. Metalotioneina de mamifere s-a dovedit a fi funcțională în plante. Au fost obținute plante transgenice care exprimă gene ale metalotioneinelor și s-a demonstrat că aceste plante au fost mai rezistente la cadmiu decât plantele martor.

Plantele transgenice cu gena hMTII de mamifer au avut o concentrație mai mică de cadmiu în tulpini cu 60-70% față de martor, iar transferul de cadmiu de la rădăcini la tulpini a fost, de asemenea, redus - doar 20% din cadmiul absorbit a fost transportat la tulpini.

Se știe că plantele acumulează metale grele prin extragerea lor din sol sau apă. Fitoremedierea se bazează pe această proprietate, subdivizată în fitoextracție și rizofiltrare. Fitoextracția se referă la utilizarea plantelor cu creștere rapidă pentru a extrage metale grele din sol. Rizofiltrarea este absorbția și concentrarea metalelor toxice din apă de către rădăcinile plantelor. Plantele care au absorbit metale sunt compostate sau arse. Plantele diferă semnificativ în ceea ce privește capacitatea lor de depozitare. Astfel, varza de Bruxelles poate acumula până la 3,5% plumb (pe baza greutății uscate a plantelor), iar rădăcinile sale - până la 20%. Această plantă acumulează cu succes și cupru, nichel, crom, zinc etc. Fitoremedierea este, de asemenea, promițătoare pentru purificarea solului și a apei de la radionuclizi. Dar compușii organici toxici nu sunt descompuși de plante; este mai promițător să folosim microorganisme aici. Deși unii autori insistă asupra reducerii concentrației de poluanți organici în timpul fitoremedierii, aceștia sunt în principal distruși nu de plante, ci de microorganismele care trăiesc în rizosfera lor.

Fixatorul simbiotic de azot al lucernei, Rhlzobium melitotj, a fost integrat cu o serie de gene care descompun benzina, toluina și xilenul conținute în combustibil. Sistemul de rădăcină adâncă al lucernei permite curățarea solului contaminat cu produse petroliere la o adâncime de 2-2,5 metri.

Trebuie amintit că majoritatea xenobioticelor au apărut în mediu în ultimii 50 de ani. Dar în natură există deja microorganisme capabile să le utilizeze. Acest lucru sugerează că în populațiile de microorganisme apar destul de repede evenimentele genetice, care determină evoluția acestora, mai precis, microevoluția. Deoarece numărul de xenobiotice în legătură cu civilizația noastră tehnologică devine din ce în ce mai mare, este important să avem o înțelegere generală a metabolismului microorganismelor și a capacităților lor metabolice. Toate acestea au necesitat dezvoltarea unei noi științe - metabolomica. Se bazează pe faptul că bacteriile pot dobândi capacitatea de a procesa noi compuși ca urmare a mutațiilor. De regulă, aceasta necesită mai multe mutații succesive sau inserarea de noi sisteme genice din cele deja existente în alte tipuri de microorganisme. De exemplu, pentru descompunerea unui compus organic halogenat stabil, este nevoie de informații genetice, care se află în celulele diferitelor microorganisme. În natură, un astfel de schimb de informații are loc datorită transferului orizontal de gene, iar în laboratoare se folosesc metode de tehnologie ADN preluate din natură.

Dezvoltarea în continuare a fito- și bioremedieri este o problemă complexă asociată, în special, cu utilizarea plantelor și a microorganismelor din rizosferă. Plantele vor extrage cu succes metale grele din sol, iar bacteriile din rizosferă vor descompune compușii organici, crescând eficiența fitoremedierii, promovând creșterea plantelor, iar plantele - dezvoltarea microorganismelor care trăiesc pe rădăcinile lor.

Poluarea mediului poate fi considerată o boală a ecosistemelor, iar bioremedierea poate fi considerată un tratament. Ar trebui considerat ca fiind prevenirea a numeroase boli umane cauzate de poluarea mediului. În comparație cu alte metode de curățare, aceasta este mult mai ieftină. Cu poluarea difuză (pesticide, petrol și produse petroliere, trinitrotoluen, care a contaminat numeroase terenuri), nu există alternativă la aceasta. În curățarea mediului de poluare, este important să se prioritizeze corect, minimizând riscurile asociate cu una sau cutare poluare și ținând cont de proprietățile unui anumit compus și de efectul acestuia, în primul rând, asupra sănătății umane. Este nevoie de acte legislative și norme care să reglementeze introducerea microorganismelor modificate genetic în mediu, cu care există speranțe deosebite pentru curățarea de orice poluanți. Spre deosebire de biotehnologia industrială, unde este posibil să se controleze strict toți parametrii procesului tehnologic, bioremedierea se realizează într-un sistem deschis, unde un astfel de control este dificil. Într-o anumită măsură, acesta este întotdeauna „know-how”, un fel de artă.

Avantajul microorganismelor în purificarea produselor petroliere a fost pe deplin demonstrat când, după dezastrul tancului, 5000 m 3 de petrol s-au vărsat în mare în largul coastei Alaska. Aproximativ 1,5 mii km de coastă au fost contaminați cu petrol. Curățarea mecanică a implicat 11.000 de muncitori și o varietate de echipamente (a costat 1 milion de dolari pe zi). Dar a existat o altă cale: în același timp, fertilizarea cu azot a fost introdusă în sol pentru curățarea coastei, ceea ce a accelerat dezvoltarea comunităților microbiene naturale. Aceasta a accelerat descompunerea uleiului de 3-5 ori. Drept urmare, poluarea, ale cărei consecințe, conform calculelor, le-ar putea afecta chiar și după 10 ani, a fost complet eliminată în 2 ani, cheltuind mai puțin de 1 milion de dolari pe bioremediere.

Dezvoltarea bioremedierii, tehnologiile și metodele de aplicare a acesteia necesită o abordare interdisciplinară și cooperarea specialiștilor din domeniul geneticii și biologiei moleculare, ecologiei și alte discipline. Astfel, domeniile de utilizare a ingineriei genetice sunt foarte diverse și extinse, iar unele dintre ele sunt fantastice și în același timp foarte promițătoare în ceea ce privește rezultatele atinse.

Studiul răspunsului organismelor vii la schimbările de mediu este extrem de important pentru aprecierea impactului acestor modificări, în special a celor de origine antropică, asupra biodiversităţii, a cărei păstrare este sarcina cea mai importantă a civilizaţiei umane.

Potrivit Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE), piața potențială pentru bioremediere este de peste 75 de miliarde de dolari.Introducerea accelerată a biotehnologiilor pentru protecția mediului se datorează, în special, faptului că acestea sunt mult mai ieftine decât alte curățări. tehnologii. Potrivit OCDE, bioremedierea este de importanță locală, regională și globală, iar atât organismele naturale, cât și OMG-urile vor fi folosite din ce în ce mai mult pentru purificare.

Biocombustibili

Având în vedere rezervele limitate de energie fosilă, acum ar trebui acordată o atenție deosebită posibilității de a utiliza noi tipuri de combustibil - metan, hidrogen etc., precum și surselor regenerabile de energie. Cu toate acestea, în balanța energetică generală, surse de energie ecologice precum energia Soarelui, curenții marini, apa, vântul etc., nu pot reprezenta mai mult de 20% din producția lor totală. În această situație, biomasa devine una dintre cele mai promițătoare surse de energie regenerabilă, ale cărei metode de utilizare sunt în permanență îmbunătățite. În același timp, alături de arderea directă, procesele de bioconversie sunt utilizate pe scară largă, de exemplu, alcool și fermentație anaerobă, conversii termice, gazeificare, piroliza etc. utilizate ca aditiv pentru combustibil în locul uleiului importat. În același scop, a început exploatarea desișurilor naturale de viță de vie neagră, care ocupă circa 6 milioane de hectare în regiunile de nord-est ale țării.

Dacă în India, China și alte țări, deșeurile agricole sunt utilizate în scopul obținerii de biogaz, atunci în Suedia, Germania, Brazilia, SUA, Canada, culturile agricole sunt cultivate special pentru producerea de etanol combustibil. Un înlocuitor eficient pentru combustibilii fosili este rapița și uleiul de rapiță, ale căror forme de primăvară pot fi cultivate în Rusia până la Cercul Arctic. Soia, floarea soarelui și alte culturi pot fi, de asemenea, o sursă de uleiuri vegetale pentru producția de biocombustibili. Trestia de zahăr este folosită din ce în ce mai mult pentru a produce etanol combustibil în Brazilia, iar porumbul este folosit în Statele Unite.

Coeficientul de producție energetică (raportul dintre echivalentul energetic total al produselor utile și toate costurile energetice pentru producerea acesteia) este de 1,3 pentru sfecla de zahăr; ierburi furajere - 2,1; rapiță - 2,6; paie de grâu - 2,9. Totodată, datorită utilizării a 60 de cenţi de paie de grâu ca materie primă din fiecare hectar, se pot obţine 10 mii m 3 de gaz generator, sau 57,1 GJ.

Datorită epuizării rapide a resurselor naturale de petrol, gaze și cărbune în multe țări, o atenție deosebită se acordă așa-numitelor plante petroliere - Euphorbia lathyris (euphorbia) și E.tirucallii din familia euphorbia (Kupharbiacea), care conține latex, a cărui compoziție de terpene este apropiată în caracteristicile lor de uleiul de înaltă calitate. În același timp, randamentul de substanță uscată a acestor plante este de aproximativ 20 t/ha, iar randamentul unui produs asemănător uleiului în condițiile Californiei de Nord (adică, într-o zonă de 200-400 mm de precipitații pe an) poate ajunge la 65 de barili de materii prime la hectar. Prin urmare, este mai rentabil să se cultive înlocuitori de plante pentru combustibilii fosili, deoarece din fiecare hectar se pot obține peste 3.600 de petrodolari, care în echivalent cereale se vor ridica la 460 de cenți/ha, adică. De 20 de ori randamentul mediu de grâu din Statele Unite și Canada. Dacă ne amintim de binecunoscutul slogan american „pentru fiecare baril de petrol un bushel de cereale”, atunci la prețurile de astăzi la petrol, gaze și cereale, aceasta înseamnă un schimb - 1 dolar de cereale pentru aproximativ 25 de petrodolari. Desigur, un baril de ulei nu va înlocui un bushel de cereale în sensul literal și departe de fiecare zonă va putea cultiva aceste tipuri de plante. Dar obținerea de combustibili alternativi prin ameliorarea țintită a plantelor transformă, de asemenea, componenta tehnologică și energetică a agrofitocenozelor extrem de productive într-un factor reproductibil și prietenos cu mediul pentru intensificarea producției de culturi și, desigur, aceasta este una dintre cele mai nedureroase soluții pentru state precum Ucraina - utilizarea plantelor pe scară largă ca resurse regenerabile, inclusiv energie (biodiesel, lubrifianți etc.). De exemplu, producția de rapiță de iarnă oferă deja un raport de 1: 5 consumul de energie la producția de energie.

OMG-uri și biodiversitate

Momentul fundamental al etapei moderne de reproducere este o înțelegere clară a faptului că baza dezvoltării sale, inclusiv utilizarea tehnicilor de inginerie genetică, este biodiversitatea.

Evoluția regnului vegetal a urmat calea înmulțirii numărului de specii și a „specializării ecologice” a acestora. Acest fapt indică pericolul scăderii diversității biologice (genetice) în biosferă în general și în agroecosisteme în special. O reducere bruscă a speciilor și a diversității genetice a redus nu numai rezistența producției de culturi la capriciile vremii și schimbărilor climatice, ci și capacitatea de a utiliza mai eficient energia solară și alte resurse inepuizabile ale mediului natural (carbon, oxigen, hidrogen, azot și alte elemente biofile), care, după cum se știe, reprezintă 90-95% din substanța uscată a fitomasei. În plus, acest lucru duce la dispariția genelor și a combinațiilor de gene care ar putea fi folosite în munca de reproducere a viitorului.

Una și aceeași zonă, a subliniat Charles Darwin (1859), poate oferi mai multă viață, cu cât formele care o locuiesc sunt mai diverse. Fiecare specie de plante cultivată, în legătură cu istoria sa evolutivă și activitatea specifică a amelioratorului, se caracterizează prin propriul „pașaport agroecologic”, i.e. limitarea mărimii și calității culturii la o anumită combinație de temperatură, umiditate, iluminare, conținut de elemente nutritive minerale, precum și distribuția neuniformă a acestora în timp și spațiu. Prin urmare, o scădere a diversității biologice în peisajele agricole reduce, printre altele, posibilitatea utilizării diferențiate a resurselor naturale și, în consecință, implementarea rentei diferențiate a terenurilor de tipurile I și II. În același timp, stabilitatea ecologică a agroecosistemelor este slăbită, mai ales în condiții pedoclimatice și meteorologice nefavorabile.

Se cunoaște amploarea dezastrului cauzat de distrugerea târziei și deteriorarea nematodelor la cartofi, pierderile catastrofale de grâu din cauza deteriorarii ruginii, porumb din cauza epifitotice ale helmintosporiozei, distrugerea plantațiilor de stuf din cauza virusurilor etc.

O scădere bruscă a diversității genetice a speciilor de plante cultivate la începutul secolului al XXI-lea este evidențiată în mod clar de faptul că din 250 de mii de specii de plante cu flori în ultimii 10 mii de ani, omul a introdus în cultură 5-7 mii de specii, dintre care doar 20 de culturi (14 dintre ele aparțin cerealelor și leguminoaselor) formează baza alimentației moderne a populației lumii. În general, până în prezent, aproximativ 60% din produsele alimentare sunt produse datorită cultivării mai multor culturi de cereale, iar peste 90% din nevoile umane de hrană sunt asigurate de 15 specii de plante agricole și 8 specii de animale domestice. Deci, din producția de cereale de 1940 de milioane de tone, aproape 98% cade pe grâu (589 milioane tone), orez (563 milioane tone), porumb (604 milioane tone) și orz (138 milioane tone). Dintre cele 22 de tipuri de orez cunoscute (genul Oryza), doar două sunt cultivate pe scară largă (Oryza glaberrima și O.sativa). O situație similară s-a dezvoltat și cu leguminoasele, producția brută a celor mai importante 25 de specii fiind de doar aproximativ 200 de milioane de tone, iar majoritatea sunt boabe de soia și arahide, cultivate în principal ca semințe oleaginoase. Din acest motiv, varietatea compușilor organici din dieta umană a scăzut semnificativ. Se poate presupune că pentru Homo sapiens, ca una dintre speciile biologice, nevoia de variabilitate biochimică ridicată a alimentelor este înregistrată în „memoria” evolutivă. Prin urmare, tendința ascendentă a uniformității sale poate avea cele mai negative consecințe pentru sănătate. Datorită răspândirii largi a bolilor oncologice, aterosclerozei, depresiei și a altor boli, se atrage atenția asupra lipsei de vitamine, substanțe tonice, grăsimi polinesaturate și alte substanțe valoroase din punct de vedere biologic.

Evident, amploarea utilizării sale este un factor important în răspândirea unei anumite culturi valoroase. Astfel, creșterea rapidă a zonei de boabe de soia și porumb în Statele Unite și alte țări se datorează producției a sute de nume ale produselor corespunzătoare. Sarcina de diversificare este foarte relevantă și pentru alte culturi (de exemplu, berea de înaltă calitate a început să fie obținută din sorg, whisky din secară etc.).

Creșterea suprafeței cultivate cu culturi atât de valoroase precum hrișca (Fagopyrum), care are capacități de adaptare ridicate în diverse, inclusiv condiții de mediu nefavorabile, amarantul (Amaranthus), merită mai multă atenție în ceea ce privește rezolvarea problemelor interdependente ale hranei sănătoase și creșterea diversității speciilor. de agroecosisteme, quinoa (Chenopodium quinoa), rapiță, muștar și chiar cartofi.

Odată cu dezvoltarea descoperirilor geografice și a comerțului mondial, introducerea de noi specii de plante a devenit larg răspândită. Monumentele scrise mărturisesc, de exemplu, că încă din anul 1500 î.Hr. Faraonul egiptean Hatshepsut a trimis nave în Africa de Est pentru a colecta plante folosite în riturile religioase. În Japonia, există un monument al lui Taji Mamori, care, la ordinul împăratului, a călătorit în China pentru a colecta plante de citrice. Dezvoltarea agriculturii a jucat un rol deosebit în mobilizarea resurselor genetice vegetale. Din istoria Statelor Unite se știe că deja în 1897 Niels Hansen a sosit în Siberia în căutare de lucernă și alte plante furajere capabile să crească cu succes în condițiile aride și reci din preriile Americii de Nord. Se crede că din Rusia în acea perioadă au fost introduse în Statele Unite culturi furajere atât de importante precum focul, porcul, păstucul, ariciul, alb, lucerna, trifoiul și multe altele. Aproximativ în același timp, Mark Carleton colecta soiuri de grâu în Rusia, dintre care soiul Harkov pentru o perioadă lungă de timp a ocupat peste 21 de milioane de acri anual în Statele Unite și a devenit baza producției de grâu dur în zona Câmpiilor de Nord (Jucenko). , 2004).

Introducerea de noi specii de plante în cultură continuă în prezent. În Anzii peruvieni s-a găsit o varietate de lupin (tarvi), care a fost consumată de strămoșii indienilor moderni, care depășește chiar și soia în conținutul de proteine. In plus, tarvi este rezistent la temperaturi scazute, nesolicitand fertilitatea solului. Crescatorii au reusit sa obtina forme tarvi care contin mai putin de 0,025% alcaloizi fata de 3,3% in materia prima. Printre speciile economice se numără și planta australiană (Echinochloa lurnerana), care poate fi o cultură excelentă asemănătoare meiului pentru zonele foarte aride. Printre culturile promițătoare, merită atenție specia Bauhinia esculenta, care, la fel ca Psophocarpus tetragonolobus, formează tuberculi, iar semințele sale conțin peste 30% proteine ​​și grăsimi. În condiții foarte aride se poate folosi specia Voandzeia subterranea, care nu este doar bogată în proteine, dar și mai tolerantă la secetă decât alunele și, de asemenea, rezistă mai bine bolilor și dăunătorilor. Pentru terenurile aride și sterile cu semințe oleaginoase, Cucurbita foetidissima din familia Cucurbitaceae este considerată promițătoare, iar pentru pășunile saline, unele specii din genul Atriplex din familia Chenopodiaceae, care secretă excesul de sare prin frunze.

În prezent, în multe țări ale lumii, se desfășoară activități de reproducere activă cu amarantul (Amaranthus), o cultură uitată a incașilor, ale cărei semințe, în comparație cu speciile de plante de cereale utilizate, conțin de două ori mai multe proteine, inclusiv De 2-3 ori mai multă lizină și metionină, de 2-4 ori mai multă grăsime etc. S-au descoperit linii de porumb că, datorită prezenței bacteriilor Spirillum lipoferum pe rădăcinile lor, fixează azotul atmosferic în aceeași cantitate ca și plantele de soia. S-a descoperit că bacteriile fixatoare de azot funcționează și pe rădăcinile unui număr de specii de iarbă tropicală, asimilând azotul nu mai puțin activ decât bacteriile din genul Rhizobium din leguminoase. Astfel, s-au putut găsi specii de ierburi tropicale capabile să fixeze până la 1,7 kg de azot pe zi la hectar, adică. 620 kg/an.

În multe țări, inclusiv în cele europene, cartofii sunt principala sursă de vitamina C, deoarece sunt consumați în cantități mari. Se știe că producția de cartofi în lume este de aproximativ 300 de milioane de tone.

În același timp, din 154 de specii de cartofi cunoscute, doar una, Solanum tuberosum, este omniprezentă. Este evident că în legătură cu posibilitățile crescute de ameliorare pentru creșterea productivității potențiale a plantelor, precum și necesitatea creșterii stabilității ecologice a agrocenozelor și dezvoltarea unor zone de puțină utilizare pentru creșterea plantelor, amploarea activității umane la introducerea de noi specii de plante în cultură va crește semnificativ. În cele din urmă, selecția „inconștientă” (termenul lui Darwin) și conștientă au condus la faptul că potențialul adaptativ al plantelor cultivate diferă semnificativ de cel al strămoșilor lor sălbatici, nu numai datorită diferențelor dintre criteriile de adaptabilitate în sine, ci și prin componentele sale principale. : productivitatea potențială, rezistența la stres abiotic și biotic, conținutul de substanțe valoroase din punct de vedere economic.

Împreună cu conservarea fondului genetic al plantelor în rezervații, sanctuare ale faunei sălbatice și eco-parcuri naționale, i.e. in situ, crearea de „bănci de gene” sau „bănci de germoplasm” pentru a asigura conservarea în siguranță a colecțiilor ex situ va juca un rol din ce în ce mai important în perioada următoare. Inițiatorul organizării acestuia din urmă a fost N.I. Vavilov, care a adunat în VIR cea mai mare bancă de resurse vegetale din lume la acea vreme, care a servit drept exemplu și bază pentru toate băncile ulterioare și, cel mai important, a salvat de mai multe ori o serie de țări de devastare și foame (pentru de exemplu, datorită prezenței genelor de rezistență în banca de gene VIR).

Datorită continuării ideologiei lui N.I. Vavilov, la sfârşitul anilor 90, colecţiile naţionale şi internaţionale de plante numărau peste 6 milioane de exemplare, inclusiv peste 1,2 milioane de cereale, 400 mii leguminoase alimentare, 215 mii furaje, 140 mii legume, peste 70 mii culturi rădăcinoase. În același timp, 32% din probe sunt păstrate în Europa, 25% - în Asia, 12% - în America de Nord, 10% - în America Latină și centre internaționale, 6% - în Africa, 5% - în Orientul Mijlociu. .

Deținătorii celor mai mari în ceea ce privește cantitatea și calitatea mostrelor de colecții genetice sunt Statele Unite (550 mii), China (440 mii), India (345 mii) și Rusia (320 mii). Odată cu conservarea resurselor vegetale în băncile de gene, crearea de rezerve naturale de floră și faună devine din ce în ce mai răspândită. Datorită integrării dramatic crescute a pieței alimentare mondiale, schimbul de resurse genetice vegetale între țări a crescut, de asemenea, în mod semnificativ. În centrul acestor procese se află înțelegerea faptului că nicio țară sau regiune nu este autosuficientă în ceea ce privește furnizarea de resurse genetice. Crearea grădinilor botanice naționale într-un număr de țări a contribuit în mare măsură la mobilizarea resurselor genetice. Printre acestea, de exemplu, grădina botanică, creată la Londra în 1760 și importând constant specii de plante exotice din țările coloniale.

În prezent, Consiliul Internațional pentru Resurse Genetice ale Plantelor (IBPGR) coordonează lucrările privind conservarea fondului genetic al plantelor din lume. Din 1980, Programul European de Cooperare pentru Resurse Genetice a fost implementat. Un rol important în acest sens îl joacă și Comisia FAO privind resursele genetice vegetale, deciziile conferințelor internaționale, adoptate în 1992, Convenția privind diversitatea biologică. În același timp, funcționează bănci de gene de diferite tipuri. Unele dintre ele susțin o singură cultură și rudele sale sălbatice, altele - mai multe culturi dintr-o anumită zonă de sol și climat; în timp ce unele conțin colecții de bază pentru depozitare pe termen lung, în timp ce altele sunt concentrate pe satisfacerea nevoilor centrelor de selecție și instituțiilor de cercetare. Deci, în banca de gene din Kew Gardens (Anglia), sunt depozitate doar plante sălbatice (aproximativ 5000 de specii).

Strategia adaptativă a intensificării agriculturii propune noi cerințe calitativ pentru mobilizarea resurselor vegetale mondiale în ceea ce privește colectarea, depozitarea și utilizarea fondului genetic, inclusiv introducerea de noi specii de plante în cultură. În prezent, peste 25 de mii de specii de plante superioare sunt amenințate cu distrugere completă în lume, inclusiv în Europa - la fiecare treime din 11,5 mii de specii. Multe forme primitive de grâu, orz, secară, linte și alte culturi s-au pierdut pentru totdeauna. Soiurile locale și speciile de buruieni dispar deosebit de repede. Deci, dacă în China și India la începutul anilor 50. secolul XX. au fost folosite mii de soiuri de grâu, apoi deja în anii 70 - doar zeci. În același timp, fiecare specie, ecotip, cultivar local este un complex unic de blocuri de gene coadaptate create în timpul selecției naturale sau artificiale pe termen lung, care asigură în cele din urmă cea mai eficientă utilizare a resurselor naturale și antropice într-o anumită nișă ecologică.

Înțelegerea naturii retrospective a „memoriei” evolutive a plantelor superioare indică clar necesitatea păstrării diversității speciilor a florei nu numai în băncile de gene și centrele de resurse genetice, ci și în condiții naturale, i.e. într-o stare de sistem dinamic în continuă evoluţie. În același timp, crearea de colecții genetice de sisteme genetice pentru transformarea informațiilor genetice, inclusiv res-sisteme, mei-mutanți, gene gametocide, structuri poliploide, diferite tipuri de sisteme de recombinare, sisteme de izolare reproductivă etc., merită mult. Este clar că acestea pot fi esențiale pentru creșterea dezvoltării viitorului folosind tehnologii de inginerie genetică. De asemenea, este important să se identifice și să se păstreze determinanții genetici ai formării sistemelor homeostatice stabile, reacții sinergice, cumulative, compensatorii și alte reacții cenotice care asigură „buffering” ecologic și echilibru dinamic al mediului biocenotic. Asemenea trăsături ale plantelor determinate genetic, cum ar fi competitivitatea, interacțiunile alelopatice și simbiotice și alte efecte de formare a mediului realizate la nivel biocenotic merită, de asemenea, mai multă atenție. O atenție deosebită trebuie acordată speciilor de plante cu rezistență constitutivă la factorii de stres de mediu. Se știe că în a doua jumătate a secolului XX. într-un număr de țări, suprafața sub acest tip de culturi a crescut semnificativ (uneori de 60-80 de ori).

În prezent, în lume funcționează peste 1460 de bănci naționale de gene, inclusiv aproximativ 300 de bănci mari, în care, în condiții ex situ, se asigură depozitarea garantată a probelor de plante cultivate și a rudelor sălbatice ale acestora. Colecțiile ex situ sunt păstrate și de grădinile botanice, dintre care în lume există aproximativ 2 mii (circa 80 de mii de specii de plante, 4 milioane de mostre și 600 de bănci de semințe). Prezența lor este un semn al suveranității naționale, al nivelului de cultură, al preocupării pentru viitorul țării și al lumii. Până în 2002, peste 532 de mii de exemplare de plante au fost conservate în centre internaționale sub controlul grupului consultativ FDO, dintre care 73% aparțin raselor tradiționale și locale, precum și rude sălbatice ale plantelor cultivate. După cum a menționat Dleksanyan (2003), ar trebui să se facă distincția între conceptele de „bancă de gene” și „colecții ex silu”. Dacă prima este depozitarea garantată a fondului genetic în spații special echipate, atunci „colecțiile ex situ” includ mostre care prezintă interes pentru deținătorii acestora.

La începutul anilor 50. Secolul XX, primul soi de orez semi-pitic a fost obținut prin utilizarea genei nanismului soiului chinezesc Fee-geo-woo, iar soiul de grâu Gaines din terenurile irigate din nord-vestul Pacificului al Statelor Unite a dat o recoltă record de 141. kg/ha. În 1966, a fost creat soiul IR 8, care a primit porecla „orez minune”. Cu tehnologie agricolă înaltă, aceste soiuri au dat 80 și chiar 130 c/ha. Rezultate similare au fost obținute cu meiul. În timp ce soiurile vechi aveau un indice de randament de 30-40%, cele noi aveau 50-60% și mai mult.

Oportunitățile suplimentare de a crește randamentele prin creșterea indicelui de randament sunt limitate. Prin urmare, ar trebui acordată mult mai multă atenție creșterii cantității de fotosinteză netă. Este necesar să ne concentrăm pe o largă specie și eterogenitate varietală a agroecosistemelor și agropeisajelor în domeniul producției vegetale, alături de selecția culturilor de asigurare, precum și a culturilor și a soiurilor asigurate reciproc, include și o abordare diferențiată a realizării adaptativelor. potenţialul fiecăruia dintre ei. Productivitatea potențială ridicată a soiului și a agroecosistemului, realizată prin (și uneori prin) reducerea rezistenței lor ecologice la factorii de mediu care limitează mărimea și calitatea culturii, precum și funcționarea durabilității ecologice excesiv de consumatoare de bioenergie, nu pot fi luate în considerare. ca adaptativ, deoarece pentru plantele cultivate, principalul indicator al adaptabilității este în cele din urmă asigurarea unei valori și calități ridicate a culturii. Pool-urile de gene acumulate în băncile de gene pot fi o sursă de reproducere bazată științific pentru a crea soiurile necesare.

Trebuie subliniat faptul că milioane de accesări au fost colectate în băncile genetice mondiale ale plantelor cultivate; cu toate acestea, până acum doar 1% dintre acestea au fost studiate în raport cu proprietățile lor potențiale (Zhuchenko, 2004). În același timp, controlul și îmbunătățirea componentei lor genetice - fondurile genetice ale speciilor agricole, care determină caracteristicile agrosistemelor locale - este de o importanță primordială pentru crearea unor sisteme agricole durabile.