Биотехнология в медецине

 

В первую очередь  – это их безвредность (за исключением B . cereus и B. anthracis ) для макроорганизма даже в концентрациях, значительно превышающих рекомендуемые для применения, а также способность ряда штаммов существенно повышать неспецифическую резистентность макроорганизма. Важнейшими свойствами некоторых штаммов бацилл являются их антагонистическая активность ко многим патогенным и условно патогенным микроорганизмам; высокая ферментативная активность, позволяющая существенно регулировать и стимулировать пищеварение; противоаллергенное и антитоксическое действия и ряд других [10].

Именно такими свойствами обладает препарат биоспорин, в состав которого (пожалуй, единственного из пробиотиков на основе бацилл) входят не один, а два штамма – B .subtilis и B . licheniformis . Они дополняют друг друга по спектру антагонистической активности, продукции ферментов и аминокислот и, что очень важно, не подавляют при этом резидентные микроорганизмы.  
На рисунке 1 отчетливо видно, как бациллы, входящие в биоспорин (в центре), активно угнетают патогенные микроорганизмы. Уникальной способностью препарата является подавление развития кандид, стафилококков, кампилобактерий, иерсиний, в том числе и антибиотикоустойчивых. При этом антагонистическая активность биоспорина значительно выше в сравнении с бактисубтилом, цереобиогеном и энтерогермином [15].

 

 

Рисунок 1 - Антагонистическая активность штамма subtilis, входящего в препарат Биоспорин (по данным http://www.probiotiki.ru)

 

Биоспорин широко применяется для коррекции нарушений микрофлоры (дисбактериозы), вызванной нерациональным применением антибиотиков, нарушением питания, перенесенными инфекционными заболеваниями, для профилактики и лечения острых кишечных инфекций. Однако установлено, что спектр показаний для применения пробиотиков в клинической практике может быть существенно расширен. Так, выявлены их позитивные эффекты при лечении ревматоидного артрита, некоторых инфекций мочеполовых путей, гнойно-воспалительных осложнений в хирургической практике, гинекологических заболеваниях инфекционной природы и многих других. Столь многообразное действие пробиотиков и, в данном случае биоспорина, определяется оригинальным механизмом действия, который в наиболее полной форме был обоснован нами (рис. 2).

Рисунок 2 - Механизм лечебно-профилактического действия препарата Биоспорин (по данным http://www.probiotiki.ru )

 

 

Вскоре после  приема препарата начинают выделяться биологически активные вещества и функционировать  системы микробных клеток, оказывающие  как прямое действие на патогенные и условно патогенные микроорганизмы, так и опосредованное – путем  активации специфических и неспецифических  систем защиты макроорганизма. В этот же период времени бактериальные клетки пробиотика, которые могут рассматриваться как биокатализаторы многих жизненно важных процессов в пищеварительном тракте, активно продуцируют ферменты, аминокислоты, антибиотические вещества и другие физиологически активные субстраты, дополняющие комплексное лечебно-профилактическое действие [15].

Отмечая многообразные  механизмы лечебно-профилактического  действия препаратов из бацилл, нельзя утверждать, что какие-либо из них  являются главными, а какие-то – второстепенными. При различных острых и хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта, регистрируемых у человека и животных, терапевтическое действие в одних случаях может достигаться преимущественно за счет антагонистических свойств бацилл, в других – за счет продукции ими ферментов, в третьих – за счет активации защитных реакций [9].

 

1.6 Биосинтез БАВ (биологически активные вещества) в условиях

Производства

 

1. Создание стерильных условий для биосинтеза

Биосинтез БАВ –  это многостадийный процесс. Для  успешного осуществления биосинтеза необходимо использовать простерилизованный

воздух, стерильную питательную среду и оборудование.

                                                                  → Стерильное оборудование

БИОСИНТЕЗ                                    → Стерильная питательная среда

                                                                           → Стерильный воздух

Биосинтез осуществляется с использованием жидкой питательной  среды, т.е. используется глубинное культивирование.

Биосинтез микроорганизмов  осуществляется в ферментерах различной емкости от 100 литров(1м. куб.) до 10000 литров (100 м. куб.).

Стерилизация воздуха  осуществляется методом фильтрации, т.е. из воздушного потока удаляют микроорганизмы с помощью фильтров. Стерилизация питательных сред осуществляется термическим способом прямо в ферментере или в отдельной емкости  [12].

Продуцент может  храниться разными способами, например, на скошенном агаре, с поверхности которого он переносится в колбы с жидкой питательной средой. После накопления биомассы и проверки культуры на чистоту 0,5-1% посевного материала переносится в инокулятор. В нем происходит рост и деление микроорганизмов. Из инокулятора 2-3% материала переносится в посевной аппарат. Из посевного аппарата 5-10% посевного материала переносится в ферментер.

2. Параметры, влияющие на биосинтез (физически, химические, биологические)

1. Температура

- бактерии –  28°

-актиномицеты –  26-28°

-грибы -- 24°

2. Число оборотов  мешалки (для каждого м/о (микроорганизмы) – разное число оборотов, разные 2х, 3х, 5-ти ярусные мешалки).

3. Расход подаваемого  на аэрацию воздуха.

4. Давление в  ферментере

5. рН среды

6. Парциальное давление растворенного в воде кислорода (количество

кислорода)

7. Концентрация  углекислого газа при выходе  из ферментера

8. Биохимические  показатели (потребление питательных  веществ)

9. Морфологические  показатели (цитологические) развитее  клеток м/о, т.е. надо следить в процессе биосинтеза за развитием м/о

10. Наличие посторонней  микрофлоры

11. Определение в  процессе ферментации биологической  активности.

Для проведения ферментации  необходимо добавлять пеногасители – жиры (рыбий жир, синтетические жиры. В процессе ферментации в результате метаболизма м/о образуется пена.

3. Виды процессов биосинтеза.

Процесс биосинтеза подразделяют на:

• периодический,

• полупериодический,

• непрерывный,

• многоциклический.

1. Периодический процесс –это такой процесс, когда в ферментер подается посевной материал, задаются определенные технологические параметры (температура, рН, обороты мешалки) и процесс проходит самостоятельно с образованием целевого продукта. Этот процесс экономически не выгоден, т.к. образуется мало целевого продукта.

2. Полупериодический процесс или регулируемая ферментация.

- отличается от  периодического процесса тем,  что в процессе ферментации  в ферментер добавляются различные питательные вещества (источники углеводов, азота), регулируется рН в процессе ферментации, добавляется предшественник в определенный момент ферментации. Полупериодический процесс является экономически выгодным, имея большой выход продукции.

3. Непрерывный  процесс

Сущность которого в том, что из ферментера в процессе биосинтеза берется определенное количество культуральной жидкости и вносится в другой ферментер, в котором тоже начинается биосинтез. Культуральная жидкость выполняет функции посевного материала. В ферментер, из которого взяли часть культуральной жидкости, добавляется такое же количество воды и процесс биосинтеза в нем продолжается. Эта операция постоянно повторяется. Используя необходимое количество ферментеров и постоянно перенося часть культуральной жидкости из одного ферментера в другой достигается замкнутый цикл. Преимущество непрерывного процесса в том, что сокращается стадия выращивания посевного материала.

4. Многоциклический процесс заключается в том, что в конце ферментации 90% культуральной жидкости сливается из ферментера, а оставшаяся часть выполняет роль посевного материала [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Внедрение биотехнологий в медицину

 

1.  Биотехнология на охране здоровья: диагностика

 

Биотехнологические  методы и приемы обеспечивают новые  возможности для изучения процессов  нормального функционирования организма, а также возникающих в силу разных причин сбоев в этих процессах. Знание молекулярных основ состояния  здоровья и болезней служит основой  для разработки новых эффективных  методов лечения и предотвращения заболеваний. К биотехнологическим продуктам, используемым в здравоохранении, относятся быстрые и точные диагностические  тесты, а также методы терапии  с низким риском развития побочных эффектов и вакцины с высокой  степенью безопасности.

Диагностика

В настоящее время, благодаря быстрым и высокочувствительным диагностическим тестам, созданных  в результате биотехнологический разработок, мы можем диагностировать многие заболевания и патологические состояния  с очень высокой точностью  и за минимальное время. Ярким  примером достижений биотехнологии  в этой области являются тест-полоски на беременность, позволяющие получить достаточно точные результаты гораздо раньше, чем это можно сделать с помощью других методов диагностики. Тесты, определяющие наличие стрептококков в воспаленном горле и выявляющие другие инфекционные заболевания, обеспечивают получение информации в течение нескольких минут, что позволяет раньше начать адекватное лечение [3].

Внедрение биотехнологических методов также способствует снижению стоимости диагностики. Например, для  постановки стандартного теста определения  присутствия в крови липопротеидов  низкой плотности («плохого» холестерина) требуется провести три отдельных  дорогостоящих анализа: определение  содержания общего холестерина, триглицеридов  и липопротеидов высокой плотности. Кроме этого, в течение 12 часов до проведения теста пациенту рекомендуется воздержаться от приема пищи. Новый биотехнологический тест состоит из одного этапа и не требует предварительного голодания.

В настоящее время  биотехнологические тесты используются для диагностики некоторых видов  рака, в том числе рака яичников и простаты. Причем для их проведения требуется забор небольшого количества крови, что позволяет направлять пациентов на биопсию только в  подозрительных случаях. 
Кроме снижения стоимости, повышения точности и скорости диагностики, биотехнология позволяет диагностировать заболевания на гораздо более ранних этапах, чем это было возможно ранее. Это, в свою очередь, обеспечивает гораздо большие шансы пациентов на излечение. Большинство диагностических методов регистрируют заболевание только тогда, когда оно уже находится на определенных этапах развития. В отличие от этого, методы протеомики позволяют идентифицировать молекулярные маркеры, сигнализирующие о приближающейся болезни, еще до появления регистрируемых клеточных изменений и симптомов заболевания. В скором времени такие тесты, позволяющие предупредить развитие заболеваний, будут доступны практикующим врачам.

Огромное количество информации, ставшее доступным в  результате успешного завершения проекта  «Геном человека», должно сыграть особую роль в разработке методов диагностики  наследственных заболеваний, таких  как диабет I типа, муковисцидоз, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Ранее заболевания этого класса диагностировались только после появления клинических симптомов. Генетические тесты также могут быть использованы для выявления людей, предрасположенных к различным заболеваниям, в том числе к различным типам рака, остеопорозу, эмфиземе, диабету II типа и астме. Это даст людям, входящим в группу риска, возможность сознательно избегать воздействия вредных факторов, например, употребления определенных пищевых продуктов и курения, и, таким образом, предотвращать развитие заболеваний [12].

Разработанные с  помощью биотехнологии диагностические  тесты не только повышают уровень  диагностики заболеваний, но и улучшают качество медицинского обслуживания. Большинство из биотехнологических тестов портативны, что позволяет  врачам проводить тестирование, интерпретировать результаты и назначать соответствующее  лечение буквально у постели  больного. Кроме того, большинство  тестов работает по принципу изменения  цвета (подобно упомянутым выше экспресс-тестам на беременность), что повышает их доступность для людей, не имеющих специальных навыков и средств для проведения дорогостоящих обследований. 
Биотехнологические методы выявления патогенов важны не только для диагностики заболеваний. Одним из самых наглядных примеров их использования является скрининг донорской крови на наличие ВИЧ-инфекции и вирусов гепатита В и С. Возможно, со временем биотехнологические подходы позволят врачам определять характер инфекционного агента и в каждом конкретном случае подбирать наиболее эффективные антибактериальные препараты не за неделю, как это делается современными методами, а за считанные часы [9].

 

2.2. Биотехнологические приемы в терапии

 

Внедрение биотехнологических подходов со временем позволит врачам не только улучшить существующие методы терапии, но и разработать принципиально  новые, полностью основанные на новых  технологиях. На настоящий момент целый  ряд биотехнологических методов  лечения одобрен Управлением  США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов  и медикаментов (FDA). В список заболеваний, подлежащих таким методам терапии, входят: анемия, муковисцидоз, задержка роста, ревматоидный артрит, гемофилия, гепатит, остроконечные кондиломы, отторжение трансплантата, а также лейкемия и ряд других злокачественных заболеваний [12].