Биотехнология в медецине

• рН 1.5 - 3.7 - кислые протеазы;
• рН 6.5 - 7.5 - протеазы;
• pH > 8.0 - щелочные протеазы.

Протеазы находят  широчайшее применение в разных отраслях промышленности:

• мясная - для смягчения мяса;
• кожевенная - смягчение шкур;
• кинопроизводство - растворение желатинового слоя при регенерации пленок;
• парфюмерная - добавки в зубную пасту, кремы, лосьоны;
• производство моющих средств - добавки для удаления загрязнений белковой природы;
• медицина - при лечении воспалительных процессов, тромбозов и т.д.

Пектолитические ферменты уменьшают молекулярную массу и снижают вязкость пектиновых веществ. Пектиназы делятся на две группы - гидролазы и трансэлиминазы. Гидралазы отщепляют метильные остатки или разрывают гликозидные связи. Трансэлиминазы ускоряют негидролитическое расщепление пектиновых веществ с образованием двойных связей. Применяются в текстильной промышленности (вымачивание льна перед переработкой), в виноделии - осветление вин, а также при консервировании фруктовых соков.

Целлюлолитические ферменты очень специфичны, их действие проявляется в деполимеризации молекул целлюлозы. Обычно используются в виде комплекса, доводящего гидролиз целлюлозы до глюкозы (в гидролизной промышленности). В медицинской промышленности их используют для выделения стероидов из растений, в пищевой - для улучшения качества растительных масел, в сельском хозяйстве - как добавки в комбикорма для жвачных животных.

Существует ряд  факторов, влияющих на биосинтез ферментов. В первую очередь, к ним относится  генетический. Состав и количество синтезируемых ферментов наследственно детерминированы. Применяя мутагены можно изменить генетические свойства микроорганизмов и получить штаммы с ценными для промышленности свойствами. К мутагенным факторам относятся ионизирующее и неионизирующее излучения, изотопы, антибиотики, другие химические соединения, преобразующие наследственные элементы клетки. Несмотря на определяющую роль генетического фактора в биосинтезе ферментов, производительность биотехнологических процессов зависит и от состава питательной среды. При этом важно не только наличие источников основных питательных веществ, но и веществ, играющих роль индукторов или репрессоров биосинтеза данного конкретного фермента или их групп. Механизм этого явления еще не вполне изучен, но сам факт должен учитываться при выборе технологии.

Рассмотрим несколько  примеров. Фермент липаза почти не синтезируется грибом Aspergillus awamori на среде без индуктора, добавление жира кашалота усиливает биосинтез фермента в сотни раз. При добавлении же в среду крахмала и при полном исключении минерального фосфора интенсивно синтезируется фосфатаза. Не только наличие индуктора способно увеличивать выход фермента. Важную роль играет состав питательной среды и условия культивирования. При разработке процесса биосинтеза a-амилазы культурой Aspergillus oryzae замена сахарозы (как источника углерода) на крахмал увеличила активность фермента в 3 раза, добавление солодового экстракта (из проросших семян злаковых) ещё в 10 раз, а повышение концентрации основных элементов питательной среды на 50% - ещё в 2 раза.

Для интенсификации процесса роста и синтеза ферментов  добавляют различные факторы  роста, например, аминокислоты, пуриновые  основания и их производные, РНК  и продукты её гидролиза. В качестве источника углерода используют крахмал, кукурузный экстракт, соевую муку, гидролизаты биомассы дрожжей. Микроорганизмы могут утилизировать и минеральные источники азота. В состав питательных сред входят и ионы Mg, Mn, Zn, Fe, Cu и др. металлов. Механизм действия большинства из них неизвестен. Некоторые входят в состав фермента. Ионы Ca повышают устойчивость a-амилазы, ионы Fe и Mg активизируют и стабилизируют протеолитические ферменты [12].

 

1.4. Производство  вакцин

 

Вакцины (лат. vaccinus коровий) – препараты, получаемые из микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности; применяются для активной иммунизации людей и животных с профилактической и лечебной целями.

Вакцины помогают иммунной системе распознавать и  уничтожать попавшие в организм инфекционные агенты. В состав традиционных вакцин входят ослабленные или мертвые  бактерии или вирусные частицы, стимулирующие  продукцию иммунной системой специфических  антител, обеспечивающих защиту от заболевания. Обычно продукцию антител запускают  один или несколько белков бактериальной  или вирусной поверхности, называемые антигенами. Биотехнология помогает в улучшении существующих вакцин и создании новых, защищающих от таких  инфекций, как, например, генитальный  герпес или от папилломавирусов, вызывающих рак шейки матки [11].

Производство  биотехнологических вакцин

Большинство новых  вакцин содержат не обезвреженные микроорганизмы, а их антигены. Такие вакцины производятся путем встраивания гена, продуцирующего антиген, в клетки микроорганизмов, например, дрожжей. В биореакторе клетки микроорганизмов делятся, производя свои точные копии, содержащие копии гена, кодирующего нужный белок. В дальнейшем антиген очищается и используется для производства вакцины. Изолирование антигенов и их синтез в лабораторных условиях позволяет избежать сложностей, связанных с работой с возбудителями опасных заболеваний. Кроме того, вакцины на основе натуральных патогенов потенциально способны сохранить способность вызывать заболевания. Для производства биотехнологических вакцин не требуются животные, поэтому использование этого метода позволяет увеличить объем производства препаратов. Результатом внедрения биотехнологических методов в производственную практику стало появление антигенных вакцин против таких опасных заболеваний, как гепатит В и менингит. Недавно исследователи обнаружили, что для запуска синтеза антител достаточно введения небольших фрагментов микробной ДНК. Такие ДНК-вакцины могут помочь в создании вакцин против таких микроорганизмов, средств для защиты от которых на настоящий момент не существует. ДНК-вакцины против ВИЧ-инфекции, малярии и гриппа в настоящее время проходят клинические испытания. Биотехнология также расширяет концепцию вакцин за пределы защиты от инфекционных агентов. Целый ряд исследовательских групп занимается разработкой вакцин против таких заболеваний, как диабет, хроническое воспаление, болезнь Альцгеймера и различные формы рака [10].

Различают следующие  виды вакцин:

Вакцина адсорбированная (v. adsorptum) – вакцина, антигены которой сорбированы на веществах, усиливающих и пролонгирующих антигенное раздражение.

Вакцина антирабическая (v. antirabicum; анти- + лат. rabies бешенство) – вакцина, изготовленная из штамма фиксированного вируса бешенства в суспензии тканей головного мозга животных или в культуре клеток и предназначенная для предупреждения заболевания у лиц, укушенных (ослюненных) животными, больными бешенством (подозреваемыми на заболевание).

Вакцина ассоциированная (v. associatum; син.: вакцина комбинированная, вакцина комплексная, поливакцина) – препарат, состоящий из нескольких вакцин различного типа, предназначенный для одновременной иммунизации против нескольких инфекционных болезней.

Вакцина живая (v. vivum) – вакцина, содержащая жизнеспособные штаммы патогенного микроорганизма, ослабленные до степени, исключающей возникновение заболевания, но полностью сохранившие антигенные свойства, обусловливающие формирование специфического иммунитета у привитого.

Вакцина поливалентная (v. polyvalens; греч. poly – много + лат. valens, valentis сильный) – вакцина, изготовленная на основе нескольких серологических вариантов возбудителя одной инфекционной болезни.

Вакцина убитая (v. inactivatum) – вакцина, изготовленная из микроорганизмов инактивированных (убитых) воздействием физических или химических факторов.

Вакцина фенолизированная (v. phenolatum) – убитая вакцина, изготовленная из микроорганизмов, инактивированных фенолом.

Вакцина формалинизированная (v. formalinatum; син. формолвакцина) – убитая вакцина, изготовленная из микроорганизмов, инактивированных формалином.

Вакцина химическая (v. chemicum) – вакцина, состоящая из специфических антигенов, извлеченных из микроорганизмов, и очищенная от балластных веществ.

Вакцина эмбриональная (v. embryonale) – вакцина, изготовленная из вирусов или риккетсий, выращенных на эмбрионах птиц (кур, перепелок).

Вакцина этеризованная (v. aetherisatum) – убитая вакцина, изготовленная из микроорганизмов, инактивированных эфиром.

Насчитывается около 30 вакцинных  препаратов, применяемых с целью  профилактики инфекционных болезней; примерно половина из них живые, остальные  инактивированные. Среди живых вакцин выделяют бактерийные – сибиреязвенную, чумную, туляремийную, туберкулезную, против Ку-лихорадки; вирусные – оспенную, коревую, гриппозную, полиомиелитную, паротитную, против желтой лихорадки, краснухи. Из неживых вакцин применяют коклюшную, дизентерийную, брюшнотифозную, холерную, герпетическую, сыпнотифозную, против клещевого энцефалита, геморрагических лихорадок и другие, а также анатоксины – дифтерийный, столбнячный, ботулинический, газовой гангрены.

Современные иммунология  и вакцинопрофилактика подвели  теоретическую базу и наметили пути совершенствования вакцин в направлении  создания очищенных поливалентных  адъювантных синтетических вакцин и получения новых безвредных эффективных живых рекомбинантных вакцин [9].

 

1.5. Производство пробиотиков

 

Пробиотики - это  микроорганизмы, приём которых может быть полезен для здоровья. Большинство пробиотиков — бактерии, но это могут быть и другие микроорганизмы, например, дрожжевые грибки [13].

Цель приема пробиотиков – восстановить нарушенный баланс микроорганизмов, населяющих различные слизистые человека. То есть пробиотики направлены на лечение и профилактику всевозможных дисбактериозов и связанных с ними заболеваний [14].

“Пробиотики” в современном понимании – это бактерийные препараты из живых микробных культур, предназначенные для коррекции микрофлоры хозяина и лечения ряда заболеваний. Основоположником концепции пробиотиков является И.И. Мечников, который еще в 1903 году предложил практическое использование микробных культур-антагонистов для борьбы с

болезнетворными бактериями. 

Фундаментальные исследования современной биологической и  медицинской науки позволили  разработать и внедрить в практику многие пробиотики, основу которых составляют живые микробные культуры M. Vanbelle et al. определяют понятие “пробиотик” как антоним антибиотиков, т.е. “промотор жизни”. Пробиотики, в отличие от антибиотиков, не оказывают отрицательного воздействия на нормальную микрофлору, поэтому их широко применяют для профилактики и лечения дисбактериозов. В то же время эти биопрепараты характеризуются выраженным клиническим эффектом при лечении (долечивании) ряда острых кишечных инфекций. Важной особенностью пробиотиков является их способность повышать противоинфекционную устойчивость организма, оказывать в ряде случаев противоаллергенное действие, регулировать и стимулировать пищеварение. В настоящее время в медицине уже широко используют лактобактерин, бифидумбактерин, колибактерин, бификол, ацилакт и другие.  
Тем не менее, во всем мире продолжается огромная работа по созданию новых более активных пробиотиков. Важным арсеналом совершенствования биопрепаратов являются бактерии рода Bacillus . Свойства некоторых штаммов этой группы бактерий настолько разносторонни и привлекательны, что только за последние годы на их основе разработано более десятка эффективных препаратов (табл. 1). Чем же привлекают исследователей бациллы как основа пробиотиков? Что делает их высокоэффективными?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 - Биопрепараты (пробиотики) на основе бактерий рода Bacillus (по данным http://www.probiotiki.ru)

 

Медицинские
Биоспорин	(B.subtilis +В.licheniformis)	Украина
Гинеспорин	(В.subtilis)	Украина
Споробактерин	(B.subtilis)	Россия
Бактиспорин	(В.subtilis)	Россия
Энтерогермин	(В.subtilis)	Италия
Флонивин	(Bacillus sp.)	Югославия
Бактисубтил	(В.cereus)	Франция
Цереобиоген	(В.cereus)	Китай
Ветеринарные
Бактерин-СЛ	(В.subtilis + В.licheniformis)	Украина
Эндоспорин	(В.subtilis)	Украина
БПС-44	(В.subtilis)	Украина
Энтеробактерин	(В.subtilis)	Россия
Глоген-8	(В.natto)	США
Прималас	(Bacillus sp.)	Нидерланды
Протексин	(Bacillus sp.)	Нидерланды
“Добавки”
Пищевые:
препарат для  ферментации овса	(B.subtilis)	Франция
препарат для  ферментации бобов	(В.subtilis+В.licheniformis)	Нигерия
Кормовые:
на основе В.licheniformis		Германия, Англия
на основе В.coagulans		Англия