Тема 1

Место медицинской и ветеринарной биотехнологии среди других направлений современной биотехнологии и их задачи. «Медицинская и ветеринарная биотехнологии» излагает современное состояние актуального направления научно-технического прогресса в области фармации и медицине – получения с помощью макро- и микроорганизмов и промышленных биокатализаторов (ферментов) лекарственных средств. Изучение этой дисциплины связано с тем, что биотехнологу надо знать основы получения с помощью биотехнологии широко применяемых в настоящее время таких групп лекарственных средств (ЛС), как антибиотики, ферменты, гормоны, витамины и др. Биотехнологическое производство основано на использовании в качестве биологических объектов ферментов, клеток микроорганизмов, растительных и животных клеток и тканей. В программе отражены основные концепции медицинской и ветеринарнойнауки и технологии лекарственных средств. Курс “ Медицинская и ветеринарная биотехнология ” ставит целью знакомить студентов с основными направлениями Медицинской и ветеринарной биотехнологии занимающихся увеличением количество новых фармацевтических и ветеринарных препаратов, используемых для терапии ранее трудноизлечимых заболеваний человека и животных. Основной задачей преподавания дисциплины является Ознакомить студентов арсеналом современной медицины и ветеринарии имеющии богатый набор средств с эффективным лечебным потенциалом против широкого спектра заболеваний человека и животных.Благодаря интенсивному развитию таких биологических наук как биохимия, генетика, молекулярная биология, иммунология, микробиология и вирусология происходит расширение возможностей медицинской и ветеринарной биотехнологии по систематическому увеличению новых фармацевтических и ветеринарных препаратов, используемых для терапии ранее трудноизлечимых заболеваний человека и животных.

Этапы развития медицинской и ветеринарной биотехнологии. Биотехнология – стремительно развивающаяся и интегрирующая наука, пронизывающая все биологические науки и направления исследований. Современная биотехнология – это междисциплинарная наука и отрасль производства, которая базируется на использовании биологических объектов и систем при получении пищевых продуктов, энергии, медицинских препаратов; при очистке сточных вод, переработке отходов и др. Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере фор­мирования и развития человеческого общества. 1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен -- приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 -- 1895).Именно Л.Пастер ввел понятие биообъекта, не прибегая, впрочем, к такому термину, доказал «живую природу» брожений: каждое осуществлявшееся в производственных условиях брожение (спиртовое, уксусно-, молочнокислое и т.д.) вызывается своим микроорганизмом, а срыв производственного процесса обусловлен несоблюдением чистоты культуры микроорганизма, являющегося в данном случае биообъектом.Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Позднее, приступив к работам в области медицины, Л. Пастер исходил из своей концепции о причине заразных болезней, сводя ее в каждом случае к конкретному, определенному микроорганизму. Хотя техника того времени не позволяла увидеть возбудителя инфекции, как, например, в случае вируса бешенства, однако Л.Пастер считал, что «мы его не видим, но мы им управляем». Целенаправленное воздействие на возбудителя инфекции (в целях ослабления его патогенности) позволяет получать вакцины.Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина - как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.Говоря о биотехнологии, нельзя не упомянуть публикацию в 1953 г. первого сообщения о двуспиральной структуре ДНК, ставшего основополагающим для возникновения указанных фундаментальных дисциплин, достижения которых реализуются в современной биотехнологии.В результате серий публикаций в 1960-х гг. в литературу были внедрены принципиально важные для биотехнолога понятия «оперон» и «структурный ген».В 1973 г. было опубликовано сообщение об успешном переносе генов из одного организма в другой -- в сущности, уже о технологии рекомбинантной ДНК, определяющей возникновение генетической инженерии.

Основные подходы к созданию биотехнологических фармацевтических и ветеринарных препаратов. Развитие «Фармацевтической и медицинской биотехнологии» является объединение новых биотехнологических и нанобиотехнологических приемов и методов для решения традиционных задач диагностики и лечения заболеваний разной природы на основании выявления молекулярных основ развития соответствующих патологий и создания точного «адреса» молекулярных изменений, необходимого не только для диагностики, но и для оптимизации терапии. Со времени открытия инсулина в 1921 году Бантингом и Бестом, которые выделили гормон из поджелудочной железы новорожденного теленка и показали снижение уровня глюкозы в сыворотке крови экспериментального животного после введения препарата, прошло больше 80 лет. За это время была создана индустрия производства инсулина. Вначале - животного гормона, а в течение последних 20 лет - человеческого. Были разработаны многочисленные инъекционные лекарственные формы, более совершенные генно-инженерные аналоги, максимально обеспечивающие физиологическую динамику инсулина в крови, имплантируемые системы доставки гормона, контролируемые датчиками глюкозы. Активно ведутся исследования по разработке ингаляционных препаратов инсулина, есть попытки создания его трансдермальных лекарственных форм. Тем не менее, все эти годы инсулин остается единственным и безальтернативным лекарственным препаратом дня заместительной терапии сахарного диабета, спасает и продлевает жизни миллионов людей.
В медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний. Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, получение которых осуществляется с помощью микробиологического синтеза. Созданы генно-инженерные штаммы кишечной палочки, дрожжей, культивируемых клеток млекопитающих и насекомых, используемые для получения ростового гормона, инсулина и интерферона человека, различных ферментов и противовирусных вакцин. Изменяя нуклеотидную последовательность в генах, кодирующих соответствующие белки, оптимизируют структуру ферментов, гормонов и антигенов (так называемая белковая инженерия). Важнейшим открытием явилась разработанная в 1975 Г. Келером и С. Мильштейном техника использования гибридом для получения моноклональных антител желаемой специфичности. Моноклинальные антитела используют как уникальные реагенты, для диагностики и лечения различных заболеваний. На настоящий момент биотехнологии приобретают все более важную роль в повышении доходности животноводства. Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности:1. Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии;
2. Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных;
3. Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии;
4. Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия. – биотехнология позволяет фермерам немедленно диагностировать с помощью тестов на основе ДНК-типирования и определения наличия антител следующие инфекционные заболевания: бруцеллез, псевдобешенство, понос, ящур, лейкоз птиц, коровье бешенство и трихинеллез;
– в скором времени ветеринары получат в свое распоряжение биотехнологические средства для лечения различных заболеваний, в том числе ящура, свиной лихорадки и коровьего бешенства;
– новые биологические вакцины используются для защиты животных от широкого спектра заболеваний, включая ящур, понос, бруцеллез, легочные инфекции свиней (плевропневмонию, пневмонический пастереллез, энзоотическую пневмонию), геморрагическую септицемию, птичью холеру, псевдочуму домашней птицы, бешенство и инфекционные заболевания выращиваемой в искусственных условиях рыбы;

Объекты медицинской и ветеринарной биотехнологии. Биотехнология использует эту продукцию клеток как сырье, которое в результате технологической обработки превращается в конечный продукт. С помощью биотехнологии получают множество продуктов, используемых в различных отраслях:
• медицине (антибиотики, витамины, ферменты, аминокислоты, гормоны, вакцины, антитела, компоненты крови, диагностические препараты, иммуномодуляторы, алкалоиды, пищевые белки, нуклеиновые кислоты, нуклеозиды, нуклеотиды, липиды, антиметаболиты, антиоксиданты, противоглистные и противоопухолевые препараты);
• ветеринарии и сельском хозяйстве (кормовой белок: кормовые антибиотики, витамины, гормоны, вакцины, биологические средства защиты растений, инсектициды); В качестве биологических объектов могут быть использова­ны организмы животных и человека (например, получение им­муноглобулинов из сывороток вакцинированных лошадей или людей; получение препаратов крови доноров), отдельные орга­ны (получение гормона инсулина из поджелудочных желез круп­ного рогатого скота и свиней) или культуры тканей (получение лекарственных препаратов). Однако в качестве биологических объектов чаще всего используют одноклеточные микроорганиз­мы, а также животные и растительные клетки.Клетки животных и растений, микробные клетки в процессе жизнедеятельности (ассимиляции и диссимиляции) образуют но­вые продукты и выделяют метаболиты, обладающие разнообразными физико-химическими свойствами и биологическим дей­ствием.Биотехнология использует эту продукцию клеток как сырье, которое в результате технологической обработки превращается в конечный продукт. С помощью биотехнологии получают множество продуктов, используемых в различных отраслях:

• медицине (антибиотики, витамины, ферменты, аминокисло­ты, гормоны, вакцины, антитела, компоненты крови, диаг­ностические препараты, иммуномодуляторы, алкалоиды, пи­щевые белки, нуклеиновые кислоты, нуклеозиды, нуклеотиды, липиды, антиметаболиты, антиоксиданты, противоглис­тные и противоопухолевые препараты);• ветеринарии и сельском хозяйстве (кормовой белок: кормо­вые антибиотики, витамины, гормоны, вакцины, биологичес­кие средства защиты растений, инсектициды);

Доклинические и клинические испытания лекарственных средств. Целью доклинических исследований лекарственных средств является получение научными методами оценок и доказательств эффективности и безопасности лекарственных средств.Доклинические и клинические исследования эффективности и безопасности лекарственных средств (ЛС) являются важнейшими этапами их разработки. В 60-годы в Великобритании было официально признано, что ни один фармакологически эффективный препарат не может быть совершенно лишен риска и что не все риски могут быть распознаны до выхода препарата на рынок. В России государственный контроль эффективности и безопасности ЛС осуществляется в рамках процедур предрегистрационной экспертизы и пострегистрационной экспертизы. В соответствии с законом, каждое регистрационное досье должно включать раздел «Доклинические исследования», содержание которого, однако, может зависеть от характера конкретной заявки:регистрация оригинального ЛС; регистрация новой фиксированной комбинациирегистрация генерика, зарегистрированного в стране производителя; регистрация генерика, не зарегистрированного в стране производителя;регистрация новой оригинальной лекарственной формы, нового способа введения, нового показания, новой дозировки;наличия в лекарственной форме вспомогательных веществ, не имеющих разрешения к медицинскому применению в РФ; аборатория фармакологических испытаний проводит различные исследования по контролю качества поступающих на регистрацию/перерегистрацию лекарственных препаратов и изделий медицинского назначения в соответствии с установленными требованиями с целью получения объективных и достоверных данных об их эффективности и безопасности.

В Лаборатории фармакологических испытаний проводится работа в следующих направлениях:
1. Исследования биоэквивалентности лекарственных препаратов
Лаборатория организует проведение клинических исследований биоэквивалентности в соответствии с нормативными правилами проведения клинических исследований в РК, принципами надлежащей клинической практики (GCP) и международными стандартами, что включает в себя:

разработка дизайна исследования и всех необходимых документов;

подготовка Протокола клинических исследований биоэквивалентности;

контроль за отбором проб биологических образцов;

разработка и валидация метода количественного определения действующих веществ и их метаболитов в биологических образцах и их анализ;

расчет фармакокинетических параметров и статистическая обработка результатов;

подготовка отчета о результатах исследования в соответствии с национальными и международными требованиями.

2. Фармакокинетические доклинические исследования препарата
Целью фармакокинетических доклинических исследований ЛС является изучение кинетики всасывания, распределения, метаболизма и выведения фармакологических веществ в организме.
Лаборатория проводит фармакокинетические исследования по определению абсолютной и относительной биодоступности лекарственных веществ в различных лекарственных формах в эксперименте, а также распределению и метаболизму биологически активных веществ на предклиническом этапе и первых фазах клинических испытаний и на этапе их регистрации.На различных видах животных (мыши, крысы, кролики) проводится количественное определение содержания действующих веществ в биологических жидкостях и тканях. Исследования проводятся в соответствии с требованиями нормативной документации, принятыми в РК.