Современные биотехнологии на службе экономики страны

Киевский институт молекулярной биологии и генетики создан (1973 г.) во времена стремительного развития новой науки – молекулярной биологии, вторым в СССР после московского. С тех пор он стал проводником передовых идей в области науки о молекулярных основах живого, и не только связующим звеном с мировой наукой, но и генератором новых идей и подходов для решения насущных проблем как фундаментальной науки, так и самой жизни.

За последние годы ученые приняли участие в выполнении многих государственных программах: «Здоровье нации», «Генные и аналитические биотехнологии», «Национальная программа обеспечения профилактики ВИЧ-инфекции», «Внедрение и применение Грид-технологий», «Разработка и создание сенсорных наукоемких продуктов»,« Нанотехнологии и наноматериалы»и др.

О достижениях отечественных ученых в этой сфере рассказывает директор Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины академик НАНУ, доктор биологических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Украины Анна ЕЛЬСКАЯ.

– Мы вошли в эру постиндустриального развития общества и это определяет современные тенденции в науке. Нынешний век считается временем информатики и биологии.

Что касается биологии и медицины, то мы являемся свидетелями и, надеюсь, получим огромную пользу от одной из судьбоносных событий за последнее десятилетие в нашей жизни – формирование так называемой молекулярной биомедицины. Ее основой является слияние фундаментальных наук, таких как молекулярная биология, генетика, физиология, – с клинической медициной.

Современные диагностика и лечение базируются в основном на выявлении симптомов, проведении инструментального обследования и анализов, которые, в лучшем случае, дают понимание нарушений определенных биохимических и физиологических процессов. Но эти нарушения являются не причиной, а следствием более глубинных изменений в организме человека – на уровне отдельных макромолекул и их взаимодействия. Молекулярная медицина направлена ​​на выявление именно таких молекулярных нарушений, причем они в каждом конкретном случае могут отличаться. Вот почему так важно знать состав и работу определенных генов в определенного человека и функционирования их «представителей» в организме – белков. Лечение, как и профилактика, должны направляться именно на первопричину болезни, подчеркиваю, конкретного пациента. В этом сущность индивидуальной, или, как принято говорить, персонифицированной медицины, к чему стремится человечество.

Какие разработки, технологии Института внедрены в производство за последние годы?

– Роль новейших молекулярных биотехнологий в жизни современного общества трудно переоценить. Привлечение биотехнологических разработок позволяет решать актуальные вопросы медицины, сельского хозяйства, экологии, многих отраслей промышленности.

Большинство фундаментальных и прикладных исследований Института направлены на развитие молекулярной биомедицины, улучшение некоторых аспектов растениеводства и усиление современного экологического контроля. При этом мы активно сотрудничаем с рядом других институтов Национальной и Медицинской академий, многими зарубежными учреждениями. Приведу несколько примеров наших самых важных разработок в области биомедицины.

Тест-системы для диагностики лейкемии крови

Одним из главнейших и обычно неумолимых врагов человечества является злокачественная опухоль, рак. Пока борьба с ним малоуспешна. В развитых странах выделяются огромные средства на изучение этой патологии, ее причин и лечения. В нашем Институте совместно с украинскими медиками и зарубежными учеными проводятся исследования по изучению молекулярных основ канцерогенеза. В частности, усилия ряда групп направлены на изучение лейкозов (лейкемия, рак крови). Лейкозы – это не одно заболевание, а несколько в зависимости от типа кроветворных клеток, которые перерождаются в злокачественные. Различают острые и хронические лейкозы. Очень важны ранняя диагностика и знания, с какой формой лейкоза мы имеем дело и на какой стадии развития. От этого во многом зависит лечение и прогноз.

Наши ученые разработали два типа ДНК тест-систем для выявления и диагностики определенных форм лейкозов, которые были с успехом апробированы во многих городах Украины. К сожалению, обе тест-системы применяются главным образом только в Киевском областном онкологическом диспансере. Подавляющее большинство наших медицинских учреждений не имеет возможности проводить такие анализы. Подобные исследования проводятся и со злокачественными опухолями других органов и тканей.

Диагностика наследственных заболеваний

Чрезвычайно важным является корректная диагностика наследственных заболеваний, особенно таких тяжелых, как мышечная дистрофия, мотосенсорная невропатия (Шарко-Мари-Тус) нейродегенеративное заболевание «хорея Гентингтона»; азооспермия и олигоспермия; генетически обусловленные формы женского бесплодия и акушерско-гинекологические осложнения. Особенно это касается пренатальной диагностики, то есть во время беременности, а еще лучше, если родители заранее будут знать риски возникновения определенного заболевания у ребенка на основе их генного тестирования. Поэтому в Институте разработан ряд методик для ДНК-диагностики распространенных наследственных заболеваний.

Они с успехом внедрены и широко используются в десятках медицинских центров и учреждений Украины (Институте педиатрии, акушерства и гинекологии АМН Украины, во Львовском, Донецком, Крымском центрах медицинской генетики, Институте глазных болезней и тканевой терапии им. Филатова АМН Украины, клиниках «ISIDA- IVF »,« Надежда» и Институте репродуктивной медицины, Институте неврологии, психиатрии и наркологии АМН Украины и многих других, в частности, в Донецке, Ужгороде, Хмельницком). Сейчас Институт участвует в проекте Еврокомиссии по выяснению генетических основ умственной отсталости у детей.

Искусственная кожа для лечения ожогов

Как известно, массивные ожоги приносят человеку тяжкие страдания и имеют длительный период заживления. Для облегчения состояния больного в Институте разработали так называемые биоконструкции для лечения ожогов – специальные покрытия на основе синтетических полимеров и полученных в культуре клеток кожи человека, предназначенные для подготовки поверхности ожога до пересадки собственной кожи пациента. Проведенные клинические исследования с применением данных биоконструкций на больных с глубокими ожогами показали стопроцентное приживление собственной кожи, которая обычно может отторгаться. Сейчас эта технология применяется в Центре термальных ожогов и пластической хирургии Киевской городской больницы № 2.

Препараты для медицины

Прогнозируется, что с 2014 года более половины всех лекарственных препаратов мирового рынка будут составлять рекомбинантные белки, получаемые с помощью генно-инженерных технологий. Наши ученые были первыми в стране, кто разработал промышленную технологию получения рекомбинантного интерферона человека альфа-2а. Под торговой маркой «Лаферон» он уже много лет успешно используется в медицинской практике. Мы разработали технологии ряда рекомбинантных белков, таких как бета-галактозидазы, гормон роста человека, фактор роста фибробластов, пролактин и другие.

Одной из последних разработок является генно-инженерная система получения нового биотехнологического продукта – цитокина сендомап, что может использоваться как препарат, который способствует подавлению образованию новых кровеносных сосудов в опухоли, то есть он имеет определенный противоопухолевый потенциал.

В сети аптек реализуется разработанный учеными Института препарат «нуклеинатом» – иммуномодулятор, который является перспективным для применения при иммунодефицитных состояниях, аллергии, псориазе, лейкопении, рахите. Введен новый противовирусный препарат «Нуклекс», что уменьшает активность вирусов гриппа и парагриппа, блокируя вхождение вирусов в клетку.

Клинические испытания в системе Минздрава Украины прошел препарат «Амитозин» с противоопухолевым действием. Как противовирусный и иммунорегулирующий он с успехом используется в ветеринарии.

Но в нашей стране главной проблемой является не столько разработка новых лекарственных препаратов, сколько возможность их внедрения в промышленное производство, ведь наша фармацевтическая база больше основывается на производстве «генериков», расфасовке препаратов, закупаемых за рубежом. Внедрение новых технологий и получения новых отечественных препаратов является достаточно затратным и не вызывает энтузиазма у основных игроков на фармацевтическом рынке.

Разработки для сельского хозяйства

Разработанный в Институте бактериальный препарат KLEPS®, который обеспечивает растение биологическим азотом, стимуляторами роста и улучшает ее защитную систему, рекомендуется для предпосевной обработки семян злаковых и овощных культур. Он повышает урожай на 10-40%, усиливает энергию прорастания семян, формирует разветвленную корневую систему, обеспечивает раннее цветение и созревание урожая, снижает заболеваемость культур. Применяя данный препарат, товаропроизводители уменьшают объемы внесения минеральных, азотных удобрений и пестицидов на 70%, сохраняют свое здоровье и окружающую среду. Желательно было бы и полезно более широкое его использование в нашем аграрном секторе.

Препараты «Амитозин» и «Изатизон» с успехом используются в сельском хозяйстве для диагностики, предупреждения и лечения агробактериального рака растений, безвакцинного предупреждения и лечения массовых вирусных заболеваний, повышение продуктивности растений и животных. Совместно с институтами рыбного хозяйства и пчеловодства академии изучается противовирусное действие препарата «Изатизон» в условиях производства.

На основе новой биотехнологии ускоренного вывода новых форм и сортов растений получено: люпин кормовой «Индустриальный», тыква «Кавбуз верзилой», эхинацею пурпурную «Полесская красавица», рожь «Древлянское», картофель «Колокол», томаты «Украинский». Указанные сорта финансово поддерживаются в Государственном реестре сортов растений Украины собственными силами. Разработки дают значительный социальный и экономический эффект в отдельных фермерских хозяйствах Украины (для массового их использования необходимы более благоприятные экономические условия).

Биосенсоры

Большое внимание в институте уделяется перспективным биотехнологическим исследованиям в области разработки биосенсоров. Это миниатюрные устройства, сочетающие живые молекулы или клетки с «неживыми» физическими преобразователями, например полупроводниками. «Живой» компонент узнает определенное вещество, а «неживой» превращает биологический сигнал в электрический или оптический, которые легко измеряются. Такие устройства чувствительны, узнают определенное вещество среди многих родственных и дают очень быстрый ответ без применения дорогостоящего и громоздкого оборудования. То есть большинство анализов можно делать прямо в поле или у постели больного, и только часть их должна проводиться в стационарных медико-биологических лабораториях.

Например, разработанные нашими учеными электрохимические и оптические биосенсоры могут использоваться для медицинской диагностики и контроля процессов гемодиализа; определение основных метаболитов (глюкозы, молочной кислоты) и мониторинга нейротрансмиттеров (химических передатчиков сигналов между нейронами) в головном мозге; выявление некоторых мутаций и патогенных микроорганизмов. В основном такого типа анализы могут проводиться пациентами и в домашних условиях.

Мы также разработали биоаналитические системы на основе электрохимических биосенсоров для мониторинга окружающей среды. С их помощью можно проводить анализ отдельных токсичных веществ и их смесей (гербицидов, пестицидов, формальдегида, ионов тяжелых металлов и т.д.) в окружающей среде и пищевых продуктах. Что касается последних, то контроль их качества включает также определение глюкозы, глицерина, этилового спирта и молочной кислоты в винах и винопродуктах; природных нейротоксических веществ в картофеле, томатах и ​​других пасленовых.
Все указанные типы биосенсоров в настоящее время проходят стадию метрологии.

– Над чем сейчас работают ученые Института?

– Недавно Кабинет Министров Украины утвердил Государственную целевую научно-техническую программу по разработке новейших технологий изготовления отечественных лекарственных средств. В ее подготовке принимали активное участие ведущие ученые нашего института. Надеемся, что ее более или менее адекватное финансирование в этом году позволит ускорить целый ряд перспективных разработок. Приведу несколько примеров.

Иностранное слово «драг-дизайн» давно вошло в наш лексикон, а значит оно конструирования лекарств. В общем, создание новых лекарств традиционными методами от лаборатории в клинику длится не менее 10 лет, а общая стоимость разработки составляет десятки, а иногда и сотни миллионов долларов. Поэтому очень перспективной альтернативой является именно технология конструирования новых лекарств, или драг-дизайн. Базируется она на новейших достижениях молекулярной биологии, биоинформатики, медицинской химии, очень важно, используя достижения компьютерных технологий, особенно компьютерного моделирования. Практически все ведущие мировые фармацевтические компании используют для разработки лекарств технологию «рационального дизайна», которая используется также в Украине и постоянно совершенствуется усилиями ученых нашего института.

Основные преимущества компьютерных расчетов при разработке новых лекарственных препаратов – сокращение времени и снижение общей стоимости проведенных научных исследований. Компьютерные технологии позволяют виртуально (в компьютере, in silico) моделировать сложные биомедицинские эксперименты, экономя реальные материальные и человеческие ресурсы. Ученые нашего учреждения досконально владеют этими технологиями и используют их для создания, главным образом, противоопухолевых и противовирусных лекарств.

Используя методы структурной биоинформатики и компьютерного моделирования, начата разработка потенциальных лекарств против патогенов человека, которые вызывают туберкулез, пневмонию и энтерококковые болезни. Получение новых лекарственных препаратов против туберкулеза имеет особое значение. Во-первых, потому, что Украина в настоящее время находится в состоянии эпидемии туберкулеза. Наблюдается примерно 100 случаев заболевания туберкулезом на 100000 населения, что является самым высоким показателем в Европе и Азии. Смертность составляет 18%, а полное выздоровление – лишь 50%. Главной проблемой Украины является широкое распространение так называемых «резистентных» штаммов туберкулезной бактерии. Это означает, что использование многих известных лекарств не влияет на такие бактерии.

Например, в Индии недавно описан случай, когда ни один из существующих в мире лекарственных препаратов не имел положительного эффекта. Поэтому диагностика данных багаторезистентних штаммов возбудителя туберкулеза и получения новых эффективных лекарств является одной из основных задач, стоящих, в частности, перед отечественными учеными. В нашем Институте занимаются обоими аспектами этой проблемы – как разработкой скорой и надежной диагностики, так и получением новых противотуберкулезных препаратов.

– Удается ли решать проблемы, с которыми сталкивается Институт?

– В системе Академии наук, как и в стране в целом, существует ряд социальных и экономических проблем: почти полное отсутствие базы современных приборов, недостаточный уровень оплаты труда, не решен вопрос обеспечения ученых жильем. Все это вместе приводит к «утечки мозгов» за границу. Введено чрезвычайно короткий срок командировок для стажировки за рубежом или выполнения совместных проектов, даже в случаях оплаты пребывания за рубежом принимающей стороной; отсутствует возможность быстрого таможенного оформления реактивов и препаратов, что влечет за собой непредсказуемые финансовые расходы; необходимость проведения иногда совершенно бессмысленных тендерных закупок, что усложняет процедуру приобретения оборудования. Еще более неуместно проведение тендеров научных проектов – для этого существует отечественная, и, при необходимости, международная экспертиза.

Но мы ищем пути для решения хотя бы небольшой части этих проблем. Например, регулярно получаем финансирование от международных и отечественных организаций на выполнение научных проектов; пытаемся создать достойные условия для активного участия молодежи в научных исследованиях; обеспечили сотрудников доступом к сети Интернет и к международным журналам online. Это способствует интенсификации процесса ознакомления с новыми научными достижениями в мире и новыми технологиями.

Ведется качественная и плодотворная работа в центрах коллективного пользования уникальным научным оборудованием, в нашем Институте и в других институтах НАНУ. Их главной задачей является предоставление ученым НАНУ возможности проводить хотя бы часть исследований на современных приборах.

Беседовал Иван Бабенко

Источник: http://www.ucci.org.ua/synopsis/dv/2012/dv1203181.ua.html