Биотехнология и медицина

Нет такого экспериментального подхода или исследовательского направления в биотехнологии, которые бы не получили применения в медицине. Вот почему столь многообразны связи между биотехнологией и самой гуманной из всех наук. Здесь мы остановимся лишь на основных моментах.

Антибиотики.

Антибиотики — это специфические продукты жизнедеятельности, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов и к злокачественным опухолям, избирательно задерживающих их рост или полностью подавляющих развитие (Н. С. Егоров, 1979). Далеко не все из этих соединений, число которых приближается к 5000, допущены для применения в медицине. К важнейшим антибиотикам терапевтического назначения принадлежат следующие их классы (табл. 2).
Приведенные классы антибиотиков не исчерпывают их многообразия, список их пополняется с каждым годом. Причины неослабевающего внимания к поиску новых антибиотиков, как видно из табл. 10, связаны с токсичностью существующих антибиотиков, аллергическими реакциями, вызываемыми ими, нарастанием устойчивости патогенных микроорганизмов к применяемым препаратам и, помимо этого, с необходимостью изыскания средств борьбы с возбудителями, против которых недостаточно эффективны известные ныне антибиотики. Основные пути поиска включают:
1. Испытание новых продуцентов. Так, с начала 80-х годов исследуют миксобактерии, продуцирующие большое количество антимикробных агентов (Н.
Thierbach, N. Reichenbach, 1981).
2. Химическая модификация антибиотиков. Противомикроб-ные макролиды токсичны для человека. Например, гептаен амфо-терицин В, используемый по жизненным показаниям при тяжелых микозах, вызывает необратимые поражения почек. Получены метиловые эфиры амфотерицина, менее токсичные и сохраняющие противогрибковую активность. При модификации пенициллинов и цефалоспоринов используют иммобилизованные ферменты.

Таблица 2. Важнейшие классы антибиотиков терапевтического назначения
(по И Г.. Егорову, 1979; Д.Ланчини, Ф Паренти, 1985)

|Класс |Типичные |Продуценты |На кого |Механизм |Трудности |
| |антибиотики | |действует |действии |терапевтическ|го | |применения |
|?-Лактамные|Пенициллины,|Грибы |Грамположител|Нарушение |Аллергические|
| |це-фалоспори|родов |ь-ные и |синтеза |реакции |
| |ны |Реnicillium,|грамотрицател|клеточной | |
| | |Cephalosporu|ьные |стенки | |
| | |m |бактерии | | |
|Аминогликоз|Стрептомицин|Актиномицеты|В основном |Необратимое |Токсическое |
|идные |, |рода |грамотрицател|подавление |действие на |
| |гентамицин, |Streptomyces|ьные |синтеза |слуховой нерв|
| |канамицин, |, бактерии |бактерии |белка |и почки |
| |тобрамицин, |родов | | | |
| |амикацин |Micromonospo| | | |
| | |ra. Bacillus| | | |
| | | | | | |
|Тетрациклин|Одноименные |Актиномицеты|Грамположител|Обратимое |Распространен|
|ы |антибиотики |рода |ьные и |подавление |ие устойчивых|
| | |Streptomyces|грамотрицател|синтеза |штаммов |
| | | |ьные |белка | |
| | | |бактерии, | | |
| | | |риккетсии, | | |
| | | |хламидии, | | |
| | | |простейшие | | |
|Макролиды |Антибактериа|Актиномицеты|Грамположител|То же |Токсичность |
| |льные: |рода |ьные бактерии|Нарушение | |
| |эритромицин |Streptomyces|Грибы, |плазматическ| |
| |Противогрибк|То же |некоторые |ой | |
| |овые и | |простейшие |мембраны | |
| |антипротозой| | | | |
| |ные: полиены| | | | |
| | | | | | |
|Полипептидн|Полимиксины,|Различные |В основном |Механизм |Высокая |
|ые и |грамицидины,|микро-органи|грамотрицател|действия |токсичность |
|депсипептид|бацитрацины |змы |ьные |различен | |
|ные | | |бактерии | | |

3. Мутасинтез. Применяют мутантные штаммы, у которых блокирован синтез отдельных фрагментов молекулы антибиотика. В среду культивирования вносят аналоги этих фрагментов. Микроорганизм использует эти аналоги для биосинтеза, в результате чего получают модифицированный антибиотик.
4. Клеточная инженерия. Получают гибридные антибиотики, например, с новыми комбинациями агликона и Сахаров.
5. Генетическая инженерия — введение в геном микроорганизма информации о ферменте, необходимом для модификации продуцируемого антибиотика, например его метилирования при помощи метилаз.
Важной задачей является повышение эффективности биосинтеза известных антибиотиков. Значительных результатов удалось добиться за десятилетия селекции штаммов-продуцентов с применением индуцированного мутагенеза и ступенчатого отбора. Например, продуктивность штаммов Penicillium по синтезу пенициллина увеличена в 300—350 раз. Определенные перспективы открываются в связи с возможностью клонирования генов «узких мест» биосинтеза антибиотика или в случае, если все биосинтетические ферменты кодируются единым опероном.
Многообещающим подходом служит инкапсулирование антибиотиков, в частности их включение в лигюсомы, что позволяет прицельно доставлять препарат только к определенным органам и тканям, повышает его эффективность и снижает побочное действие. Этот подход применим и для других лекарственных препаратов. Например, кала-азар, болезнь, вызываемая лейгшма-нией, поддается лечению препаратами сурьмы. Однако лечебная доза этих препаратов токсична для человека. В составе липосом препараты сурьмы избирательно доставляются к органам, пораженным лейшманией, — селезенке и печени.
Вместо антибиотика в организм человека может вводиться его продуцент, антагонист возбудителя заболевания. Этот подход берет начало с работ И.
И.Мечникова о подавлении гнилостной микрофлоры в толстом кишечнике человека посредством молочнокислых бактерий. Важную роль в возникновении кариеса зубов, по-видимому, играет обитающая во рту бактерия Streptococcus mutans, которая выделяет кислоты, разрушающие зубную эмаль и дентин. Получен мутант
Strept. mutans, который при введении в ротовую полость почти не образует коррозивных кислот, вытесняет дикий патогенный штамм и выделяет летальный для него белковый продукт.