Содержание
Введение. 2
1.Технология скрининга. 4
2. Биообъекты скрининга. 7
2.1 Бактерии. 8
2.2 Простейшие. 9
2.3 Водоросли. 10
3. Методы скрининга источников ЛС.. 12
Заключение. 17
Литература. 18
Введение
В настоящее время в России имеется немало проблем, связанных со здравоохранением. Ситуацию усугубляет низкий уровень обеспеченности эффективными отечественными лекарственными препаратами медицинских учреждений. Все это обуславливает необходимость поиска, создания и промышленного получения новых отечественных лекарственных средств (ЛС).
Технология высокопроизводительного скрининга (ВПС) биообъектов рассматривается в качестве ключевой на ранних этапах поиска и разработки ЛС. До недавнего времени она использовалась только в наиболее развитых мировых технологических центрах США, Европы и Азии. Технология ВПС оперирует такими понятиями, как высокие скорости, микроколичества, мини-эксперименты, быстрые результаты, большие базы данных.
Современные системы ВПС способны проанализировать более 100 тыс. индивидуальных образцов в день на индивидуальной биомишени, что обычно позволяет выявить 10-100 активных соединений, так называемых «хитов». Информация, полученная в процессе ВПС, используется на последующих стадиях оптимизации хитов. Обнаруженные при этом соединения-«лидеры» затем подвергаются всесторонним испытаниям (фармакокинетика, фармакодинамика, токсичность и пр.) специализированными научно-исследовательскими и клиническими организациями. Результатом является идентификация биообъектов, которые после прохождения клинических испытаний могут стать лекарствами [4].
Успешное внедрение такой высокотехнологичной и наукоемкой системы как ВПС требует создания определенных условий. Необходимо также наличие соответствующей научно-технологической инфраструктуры, т. е. научно-исследовательской базы, мощностей для высокопроизводительного синтеза соединений – будущих объектов испытаний, отработанных логистических схем, высококвалифицированного и обученного персонала.
1. Технология скрининга
В клинике в настоящее время используется порядка двухсот природных и синтетических антибактериальных веществ. Каждое из них имеет свою мишень. Как правило, это или фермент либо рибосомный белок. Для доказательства «существенности» (под «существенностью» подразумевается необходимость гена для жизнедеятельности клетки) генов применяется метод избирательного «выбивания» гена из генома с проверкой выживания организма после такой проуедуры, который представляет большой интерес как технология скрининга антибактериальных (шире – антимикробных) агентов [7].
Традиционно первичный отбор последних проводится путем испытания их действия на рост тест-культуры микроорганизма. Высокоактивные, подавляющие рост вещества, отобранные на этом этапе, проходят дальнейшеие испытания, в частности определяется антимикробный спектр их действя и активность в опытах in vivo на лабораторных животных, а также токсичность как для макроорганизма в целом, так и для отдельных его органов и тканей.
По завершении доклинических испытаний в случае получения положительных результатов препарат передается в клинику. Затем начинается углубленное изучения механизма действия антимикробного агента на субклеточном молекулярном уровнях, то есть ведется поиск его внутриклеточной мишени – макромолекулы или макромолекулярного комплекса – таргета (англ. Target – мишень) по недавно принятой терминологии. Далее выявляется ген, который кодирует образование этой макромолекулы, или гены, кодирующие образование макромолекул, входящих в макромолекулярный комплекс.
По новой технологии скрининга используют информацию о полностью секвенированном геноме патогенна и наличии в нем «существенных» генов. В лабораториях, в которых ведется создание новых лекарств, предварительно выбирается ген, который будет использован, как таргет [2].
Таргетный скрининг позволяет в соответствии с выбором гена отбирать биологически активные вещества с запланированным механизмом действия (в отличие от традиционного метода, когда поиск ведется «от клетки к гену»).
Первый этап таргетного скрининга – это выделение данного гена (соответствующего фрагмента ДНК) из генома. Затем фрагмент ДНК амплифицируется (создается вирусный вектор, который вводится в плазмиду) -количество копий гена умножается. Затем конструируются:
- бесклеточная система, где наработанная матрица служит для получения информационной РНК, специфичной для гена;
- бесклеточная рибосомная система, где эта информационная РНК служит для наработки белкового продукта, кодируемого данным геном.
Бесклеточная система, используемая для первичного отбора и оценки активности потенциальных лекарственных веществ – ингибиторов фермента (продукта изучаемого гена), содержит фермент и его субстрат. Когда наработан белок, возникает вопрос: как узнать функцию этого белка? Существует несколько способов:
- если наработанный белок схож с белком из «модельного» организма, то подобрать бесклеточную систему несложно;
- если сходство есть, но не очень близкое, то прибегают к анализу «мотивов» - коротких участков аминокислотной последовательности, которые распределены по всей длине белковой цепи и могут оказаться сходными у двух белков;
- если сходства не существует, то устанавливают, с какими белками он (наработанный белок) контранскрибируется (переписывается в последовательность матричной информационной РНК).
Таким образом можно проводить серийные испытания потенциальных ингибиторов функций почти любого из тысяч генов, составляющих геном патогенна и обнаруживать все новые «уязвимые точки» микробной клетки.
2. Биообъекты скрининга
Главным звеном биотехнологического процесса являются биообъекты. В настоящее время известно более 100 тыс. биообъектов, которые возможно использовать для производства лекарственных средств. При столь большом многообразии остро стоит вопрос о скрининге биообъектов [10].
Биообъектом может быть целостный сохранивший жизнеспособность многоклеточный или одноклеточный организм. Им могут являться изолированные клетки многоклеточного организма, а также вирусы и выделенные из клеток мультиферментные комплексы, включенные в определенный метаболический процесс. Также биообъектом может быть индивидуальный изолированный фермент.
Функция биообъекта – полный биосинтез целевого продукта, включающий ряд последовательных ферментативных реакций или катализ лишь одной ферментативной реакции, которая имеет ключевое значение для получения целевого продукта [1].
К биообъектам относятся как макромолекулы, так и микро- и макроорганизмы. В качестве макромолекул используются ферменты. Их использование наиболее рационально, так как в этом случае обеспечиваются многократность их применения и стандартность повторяющихся производных циклов.
В качестве биообъектов для приготовления вакцин используются вирусы. Доминирующее положение в современном биотехнологическом процессе занимают микробные клетки эукариот и прокариот. Они являются продуцентами (биообъект, осуществляющий полный биосинтез целевого продукта) используемых в качестве лекарственных средств первичных метаболитов.
Высшие растения являются наиболее обширным источником получения лекарственных средств. При использовании растений в качестве биообъектов основное внимание сосредоточено на вопросах культивирования растительных тканей на искусственных средах.
Традиционными поставщиками лекарственных средств являются представители животного мира. Разнообразие образуемых ими биологически активных соединений, нашедших применения в медицине, крайне велико.
Биотехнологические объекты находятся на разных ступенях организации:
а) субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК);
б) бактерии и цианобактерии;
в) грибы;
г) водоросли;
д) простейшие;
е) культуры клеток растений и животных;
ж) растения – низшие (анабена-азолла) и высшие – рясковые.
Разработка лекарственных препаратов является длительным, ресурсоемким и комплексным процессом, общий успех которого зависит от выбора рациональной стратегии действий на каждом из его этапов.
2.1 Бактерии
Микроорганизмов, синтезирующих продукты или осуществляющих реакции, полезные для человека, несколько сотен видов. Биотехнологические функции бактерий разнообразны. Бактерии используются при производстве пищевых продуктов, молочнокислых напитков, микробных инсектицидов, белка, витаминов, растворителей и органических кислот, биогаза и фотоводорода. Широко используется такое свойство некоторых бактерий, как диазотрофность, то есть способность к фиксации атмосферного азота.
Микробные клетки используют для трансформации веществ. Бактерии широко используются в генноинженерных манипуляциях при создании геномных клонотек, введении генов в растительные клетки (агробактерии) [8].
Большое распростанение получила спирулина (Spirulina platensis). В Африке население района озера Чад давно употребляет ее в пищу. Для белков этой водоросли характерно сбалансированное содержание аминокислот. Клеточная стенка этой водоросли хорошо переваривается.
Преимущества спирулины по сравнению с другими съедобными водорослями не только в простоте культивирования, но и в несложности сбора биомассы, высушивания ее, например, под солнцем. В ряде стран выращивают спирулину вида Spirulina platensis. Недавно было показано, что в клетках спирулины, помимо ценного белка, углеводов, липидов, витаминов, в значительных количествах запасается, например, такое ценное вещество, как поли-b-оксибутират. Отечественная фармацевтическая промышленность выпускает препарат «Сплат» на основе цианобактерии Spirulina platensis. Он содержит комплекс витаминов и микроэлементов и применяется как общеукрепляющее и иммуностимулирующе средство.