Владимир Вакула - Биотехнология: что это такое?

• Название: Биотехнология: что это такое?
• Автор: Владимир Вакула
• Жанр: Биология

Рассказывается о новом научно-практическом мировоззрении, способствующем решению глобальных проблем наших дней: продовольственной, энергетической, охраны здоровья человека. Читатель познакомится как с традиционной биотехнологией (хлебопечение, производство кисломолочных продуктов, виноделие и др.), так и с новейшей, связанной с геннетической, клеточной, белковой инженерией.

---

И все — запуск механизма наработки сразу нескольких защитных белков, из которых, кстати, идентифицированы пока немногие, произведен. Мы и о функциях известных белков, кстати, тоже знаем далеко не все. А о многих процессах, осуществляемых с их помощью, можем только догадываться. Ну, например: каким именно образом помогают они клетке обрести стойкость, как противостоят вирусу, блокируя его размножение и выход из клетки образовавшихся вирусных частиц?

Одним словом, вопросов у этой проблемы больше, чем ответов. Но почему в таком случае производство человеческого интерферона и его использование в медицинской практике год от года расширяются?

Потому что вред от применения препарата внутренней, клеточной природы практически исключен, а польза ожидается большая, даже в случаях применения неочищенного интерферона, как это было в первые годы после его открытия. К тому же, здравоохранение всех стран интересуют не только противовирусные достоинства интерферона, но и его способность стимулирования биологических процессов клетки.

Вот почему с тех пор, как стало ясно, что интерферон способен подавлять пролиферацию (неограниченный рост) клеток, активизировать иммунную систему, в частности, лимфоциты (клетки-убийцы), неуклонное наращивание его производства было предрешено. А те «болезни», что наличествовали на первых этапах промышленного выпуска интерферона, были сродни тем, которыми «переваливают» в период становления и завоевания рынка сбыта все препараты организменного происхождения: интерферон оказался дорог и недостаточно чист.

По сути дела, полупромышленные установки по его производству выпускали не интерферон, а смесь нескольких белков, в составе которой на его долю приходилось менее одного процента. Но были клиники, были больные, и было известно, что, по данным многих исследователей, интерферон способен подавлять рост раковых опухолей. И потому все его «недостатки» гасились предполагаемыми возможностями, связанными с реализацией этих качеств препарата в практической медицине.

О том, как бурно развивалось производство интерферона и сколь решительно отвоевывал он себе место «под солнцем», можно судить, сопоставив всего лишь два таких факта: первая полупромышленная установка по выпуску интерферона начала работать еще в 1960 году, а в 1980 в Хьюстоне (США, Техас) был учрежден так называемый Фонд интерферона. Огромные средства, пожертвованные в него всемирно известными биотехнологическими компаниями и частными лицами, жизненно заинтересованными в увеличении объемов выпуска и совершенствовании препарата, создали возможность для осуществления работ по совершенствованию интерферона.

В рамках комплексной целевой программы «Биотехнология» к синтезу интерферона методами генетической инженерии вскоре приступили и в нашей стране. Руководил исследованиями академик Ю. А. Овчинников. Как именно начинался советский интерферон, рассказывает член-корреспондент АН СССР Е. Д. Свердлов. «Боюсь, что я вряд ли твердо знал, что такое интерферон, когда наш директор Юрий Анатольевич Овчинников в середине 1980 года вызвал меня и сказал: «Женя, надо сделать интерферон человека генной инженерией. Это очень серьезная проблема». Но как?

В общем виде я представлял себе, что надо делать. Прежде всего требуется получить ген, кодирующий интерферон. Для этого надо взять клетки человека, выделить из них информационные РНК (иРНК), получить с помощью фермента обратной транскриптазы комплементарные этим иРНК молекулы ДНК (кДНК), соединить кДНК с молекулами ДНК-векторов и ввести полученные рекомбинантные ДНК в бактериальные клетки. Далее, те бактериальные клетки, в которые проникли рекомбинантные ДНК, можно поместить на твердую питательную среду. Клетки начнут размножаться, каждая даст потомство, и в том месте, куда она попала вначале, вырастет нечто, очень напоминающее шляпку гриба масленка. Одна шляпка состоит из миллионов совершенно одинаковых бактерий — потомков исходной прапрапра-родительницы. Это потомство называют клоном, саму операцию такого размножения клеток — клонированием, а сумма всех клонов, в которую входят почти все кДНК, соответствующие множеству разных иРНК, синтезируемых клеткой, носит название библиотеки кДНК. В каждом клоне представлен только один тип кДНК. И вот в этой библиотеке нужно будет найти именно те клоны, где содержится запись об интерфероне. Их должно быть очень мало, так как среди множества информационных РНК в клетке на долю иРНК интерферонов приходится, наверное, десятые, а то и сотые доли процента».

Одним словом, работа предстояла гигантская, и в первую очередь необходимо было найти подходящие бактерии и проанализировать невероятно большое количество бактериальных КЛОЕОВ. Делается это с помощью метода гибридизации клонов со специально синтезированными олигонуклеотидами, комплементарными иРНК интерферона. Затем из бактерий, выбранных для гибридизации, извлекают рекомбинантные плазмиды и расщепляют их с помощью специальных ферментов — эндонуклеаз рестрикции.

Именно так были получены штаммы, содержащие гены интерферона, потом эти гены извлекли, а их последовательность проанализировали. И только один из всех отобранных генов был использован при создании штамма-продуцента.

Но чтобы такой ген начал функционировать в бактерии, как до того он работал в организме, его нужно было перестроить in vitro, потому что бактерии не умеют превращать белок-предшественник, который кодирует ген, в зрелый белок. Вот почему и понадобилось «обучить» ген кодированию полноценного белка, минуя промежуточную стадию.

Так был создан у нас в стране генноинженерный интерферон, заменивший собой препарат, изготовляемый прежде только из донорской крови. Он дешев, надежен и общедоступен — и по цене, и по наличию в аптеках. Это тоже одно из достоинств нового препарата, само появление которого в клинической практике стало своеобразным памятником столь рано ушедшему из жизни Ю. А. Овчинникову, считавшему, что возможности биотехнологии безграничны. «Нам надо держать высокие темпы, — не раз повторял ученый, — ибо здесь легко отстать».

Та же мысль красной нитью проходит через все статьи и публичные выступления другого выдающегося советского ученого, иммунолога с мировым именем Р. В. Петрова, сочетающего в себе талант исследователя с даром организатора. Сейчас иммунология, говорит он, раздвинула свои границы. И, значит, без лидера не обойтись. Надо уметь концентрировать силы и разумно использовать их для достижения цели. А в качестве примера такой высокоэффективной работы ученый называет советские исследования в области медиаторных молекул. «Мы, — говорит академик, — в Советском Союзе к этой работе подключились с задержкой и тем не менее, сконцентрировав силы, сумели впервые в мире обнаружить и исследовать пептидные медиаторы костного мозга — миелопептиды. Более того, удалось создать на их основе лечебный препарат миелопид... По инерции у нас нередко называют приоритетным такое направление, где мы отстали и надо срочно догонять. Но, ставя перед собой задачу только бы догнать, так и будешь плестись сзади. Приоритетные направления там, где мы вышли вперед или имеем шансы вот-вот сделать это. Вспомним хотя бы исследования раковых антигенов, начатые академиком Зильбером и продолженные профессорами Абелевым и Татариновым.

Другой, более близкий мне пример — искусственные антигены, синтетические вакцины. Не все участки природного антигена равноценны, лишь некоторые из них активны, они и определяют иммунный ответ. Чтобы организм отреагировал на возбудителя той или иной инфекции, достаточно одного-двух пептидов. А современные вакцины — это смесь, где есть и нужное, но еще больше ненужного. И вот, оказывается, можно с тем же и даже с большим успехом вводить заранее изолированное действующее начало. Или даже синтезированное. Мы сделали и следующий шаг, присоединив активный участок к полимеру, превратив его тем самым в работающую молекулу. Так удалось превратить слабые антигены в сильные, приучить к выработке антител те организмы, которые генетически к этому не способны».

«Новое — каждый день» — не такой ли девиз избрала биотехнология символом своего развития? Но сколь ни обширен и разнообразен характер поступающих сообщений о достигнутых ею успехах, проследить основные показатели опережающего по сравнению с другими направлениями научно-технического прогресса, развития все же можно. Их определяет в первую очередь острая потребность развивающейся отрасли в квалифицированных специалистах. Так, к 1990 году в биотехнологическую промышленность США придет не менее чем пятитысячное пополнение инженеров; появятся вакансии для специалистов, работающих по проблемам технологии обработки промышленных стоков, химических методов очистки продуктов биотехнологии, упаковочных систем, контрольно-измерительных приборов. А на проектирование и строительство специализированных предприятий в ближайшие десять лет США затратит до 6 миллиардов долларов.