Биотехнология – это направление научно-технического прогресса, использующее
Биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия
На природу, а также для промышленного получения полезных для
человека продуктов, в том числе лекарственных средств»
Использование тканей животных или растений предполагает сбор дикорастущих лекарственных растений. Это, прежде всего,плантационное культивирование растений. Это также выращивание
каллусных и суспензионных культур. Это наиболее современные методы культивирования клеток, в геном которых встроены опероны, ответственные за биосинтез лекарственной субстанции, то есть генная инженерия.
Можно привести пример такого растения как женьшень при извлечении из него панаксозидов, как биологически активного вещества:-в естественных условиях, в дикорастущем виде, сбор такого растения может производится только на шестидесятом году его роста;
-в условиях его выращивания на плантациях – на шестом году его произрастания;
-в каллусной культуре, то есть в культуре клеток растительной ткани панаксозиды можно извлекать в достаточном количестве, обеспечивая рентабельность производства уже на 15-25-тый день роста культуры ткани.
Другой путь получения лекарственных субстанций из неживой природы или путем химического синтеза. (возможность перевода сорбита в сорбозу, или ситостерина в 17-кетоандростаны, или фумаровой кислоты в аспарагиновую и т.д., то в этих случаях биотехнология успешно
конкурирует с тонкими химическими технологиями на отдельных этапах изготовления лекарственных средств, а в ряде случаев, например, при синтезе витаминав В12 биотехнология может обеспечить всю последовательность сложных химических реакций, необходимых для
превращения исходного предшественника (5,6 диметилбензимидазола), в конечный продукт – цианокобаламин.
Задача 14. Существуют вполне определенные требования и условия, необходимые для создания и развития биотехнологического производства ЛС. В частности, это касается проблемы выбора биообъектов для масштабирования производства....
Проанализируйте данную ситуацию с точки зрения:
1. представления о биообъекте и его функциях;
2. соответствия свойств продуцента требованиям производства ЛС и проблемы безопасности при работе с продуцентами;
3. применения конкретных методов преобразования биообъекта для дальнейшего использования его в создании новых продуцентов ЛС.
1. В целом к биообъектам, используемым в производстве ЛС относятся:
1. макроорганизмы растительного и животного происхождения
2. грибы, бактерии, вирусы, культуры клеток эукариот, биолог.макромолекулы с информ.(ДНК, РНК), или функц.активностью (ферменты, биокатализаторы).
Несколько вариантов использования биообъектов в пр-ве ЛС.
• получении биомассы с последующим ее использованием в качестве полупродукта или целевого продукта. (нормофлоры, колибактерин, бификол, некоторые вакцины,диагностические бактериофаги.)
• использование продуктов жизнедеятельности биообъектов из микромира, которые накапливаются в среде их выращивания.(АК, vit, ферменты, АБ) Разновидностью этого варианта можно считать биотрансформацию, когда биотехнолог использует биообъект для проведения конкретной биохимической реакции на каком-то этапе производства лекарственного средства.(применение уксусно-кислых бактерий в производстве витамина С (стадия перевода
сорбита в сорбозу),
• иммобилизация биообъекта: (повышение стабильности и устойчивости микроорганизма какпродуцента, автоматизации процесса, удешевление пр-ва.
2. Требования к продуцентам:. Безвредность.Устойчивость к фагам и вирусам. Активность биосинтеза, скорость роста и накопление биомассы.Стабильность по производительности. Чувствительность к условиям культивирования (аэрация,рН,Т) Потребность в источниках C и N. Использ. дешевых и доступных пит.сред.Соответствие условиям промышленного производства (отсутствие неприятного запаха, не слишком большая вязкость его среды).
Способы предупреждения попадания продуцента в окружающую среду.
После использ. культуральной жидкости ее стерилиз. и потом смешивают со сточными водами.
3. Новые технологии получения лекарственных средств используются и на основе клеток животных организмов. Например, на культкре клеток почек зеленых мартышек (обезьян) и фибробластов (донорская кровь) человека усовершенствовано производство осповакцины и вакцины против полиомиелита, что позволило обеспечить население всего мира качеств. профилактическими препаратами и ликвидировать натуральную оспу, свести к минимуму такое заболевание как полиомиелит. Успешно работает сегодня и технология получения интерферона, основанная на культивировании лейкоцитов человека из донорской крови.
Задача 15.Как известно, при использовании клеточной инженерии в создании новых продуцентов широко применяется методика протопластирования (получения протопластов) как процесса конструкции гибридных структур. В плане решения задачи получения новых продуцентов, как источников новых ЛС, предложите:
1. схему получения протопластов и гибридных структур на основании понятия сущности клеточной инженерии;
2. условия сохранения протопластов;
3. конечные цели, достигаемые с помощью продуктов гибридной природы.
Клеточная инженерия - это техника обмена фрагментами ДНК,участками хромосом у прокариот и любыми хромосомами у эукариот, независимо от удаленности организмов в эволюционном плане.
Протопласт – это клетка без клеточной стенки, окруженная цитоплазматической мембраной. Протопласт получают, обрабатывая клетку ферментами, которые гидролизуют полимеры в клеточной стенке.
Техника получения протопласта: Необходимо получить гибридные клетки слиянием прокариотов и эукариотов.
1. Выбор биообъектов
Берут биообъект, продуцирующий целевой продукт и с другой стороны биообъект, которому хотят придать свойство продуцировать целевой продукт (например, прокариот E. coli).
2. Обработка клеточных стенок ферментами. 3. Стабилизация протопластов
Гипертонический раствор, состоящий из 10%-ных маннита, сахарозы,хлорида натрия. Ионная сила раствора такова, что клетка находится в состоянии тургора, но не лопается, при этом раствором также производится отмывание фермента. 4. Слияние протопластов.
Слияние протопластов производится в среде ПАВ в полиэтиленгликоле, который нарушает клеточную цитоплазму и ДНК двух протопластов объединяются. Этот процесс происходит постепенно. Для облегчения клетке процесса фузии (слияния) клетку необходимо сделать компетентной. Для этого:1. обрабатывают клетку тяж. Ме. 2. производят быструю заморозку и оттаивание клеток 3. обрабатывают клетки ферментами. При слиянии получается протопласт с двумя наборами хромосом – диплоидный набор (при образовании гибрида происходит рекомбинация ДНК). 5. Регенерация (восстановление клеточной стенки протопласта.
Полученный гибрид засевают на плотную питательную среду с необходимыми компонентами для прокариот и эукариот. При этом происходит восстановление клеточной оболочки.
6. Хранение гибридов, новых продуцентов.
2. Способы предупреждения попадания продуцента в окружающую среду.
После использ. культ. жидкости ее стерилиз. и затем смешивают со сточными водами.
В геноме многих продуцентов имеется дополнительная потребность в азоте и они могут размножаться только на хороших питательных средах, поэтому при выходе из ферментера они уже размножаться не могут. Продуцент делают капризным, то есть зависимым от какого либо вещества питательной среды, без которого он размножаться не может (например, это
может быть также какая-либо витаминная добавка)
3. 1. Увеличение продуктивности в достижении большого выхода лекарственных веществ на единицу биомассы.
2. Придать продуценту способность использовать менее дефицитные и более дешевые среды.
3. Продуцент не должен ретроингибировать биосинтез конечного продукта.
4. Устойчивость продуцента к вирусным инфекциям (бактериофагам).
5. Нетребовательность к оборудованию, т.е. биосинтез не должен снижаться при несовременной технологии оборудования (например, достижение меньшей вспениваемости культуральной жидкости)
6. Оптимизация свойств продуцента в аспекте медицинской промышленности (продуцент не должен иметь неприятного запаха и т.д.) Главный тезис биотехнолога: увеличение выхода продукта на
единицу биомассы продуцента.