Vedecké podujatia celoruskej konferencie s medzinárodnou účasťou „Biotechnológia - medicína budúcnosti“ sa konajú tri dni v priestoroch Academy Park a NSU.
Stretlo sa na ňom približne 230 odborníkov – od akademikov až po postgraduálnych študentov – zo 14 miest v Rusku, ako aj z Austrálie, Bieloruska, Nemecka, USA a Japonska. Ako vo svojom uvítacom príhovore poznamenal predseda organizačného výboru konferencie, vedecký riaditeľ Ústavu chemickej biológie a základnej medicíny SB RAS, akademik Valentin Viktorovič Vlasov, „... podujatie zmenilo formát a rozšírilo svoj rozsah. .“
„Prvá takáto konferencia sa konala pred 17 rokmi,“ upresnil V. Vlasov, „a dlho bola čisto sibírska. Existoval všeobecný akademický program „Základné vedy v medicíne“, ústavy a skupiny naň dostali granty a na konferencii účastníci zo Sibíri informovali o výsledkoch: ich vlastný sa konal v Moskve, pre centrálnu časť Ruskej akadémie vied. . Teraz sme urobili konferenciu celoruskou čo do rozsahu a prediktívnejšou témou.“
Plenárnu časť konferencie otvorili príhovormi dvaja pozvaní odborníci – akademici Alexander Gabibovič Gabibov a Vadim Markovič Govorun. Obe správy sú založené na práci veľkých vedeckých tímov: Alexander Gabibov vedie Moskovský inštitút bioorganickej chémie pomenovaný po ňom. MM. Shemyakin a Yu.A. Ovchinnikov RAS, Vadim Govorun vedie Federálne vedecké a klinické centrum pre fyzikálno-chemickú medicínu Federálnej lekárskej a biologickej agentúry. Tieto organizácie aktívne spolupracujú s akademickými inštitúciami na Sibíri - najmä s Federálnym výskumným centrom Ústavu cytológie a genetiky SB VaV as Ústavom chemicko-biologickej medicíny SB VaV.
Akademik A. Gabibov načrtol široký smer výskumu, ktorého cieľom je získanie nadšpecifických molekúl. Ukázali sa konkrétne aplikácie: napríklad deštrukcia určitých typov buniek – rakovinových (lymfómy) aj tých, ktoré deaktivujú nervové spojenia pri použití organofosforových nervových plynov (sarín, soman, V-plyny). „Vývoj programov a nástrojov na vysokovýkonné vyhľadávanie molekúl a mikroorganizmov s určitými vlastnosťami Alexandrom Gabibovom a jeho kolegami je zásadne dôležitý,“ povedal akademik V. Vlasov. Akademik V. Govorun venoval svoj prejav rovnako širokému spektru otázok súvisiacich s ľudským mikrobiómom – celým súborom mikroorganizmov, ktoré nás obývajú, patogénnych aj prospešných, z ktorých niektoré ešte nie sú ani známe. Vedec venoval osobitnú pozornosť mikroflóre gastrointestinálneho traktu, kde podľa jeho názoru nepreskúmaná časť predstavuje asi 40% a účinky na telo tejto „imunitnej továrne“ sú v širokom rozmedzí - od cukrovky až po predčasný pôrod. a tak ďalej.
„Prezentujú aj iní úžasní vedci,“ poznamenal akademik V. Vlasov. – Ide najmä o korešpondentov Ruskej akadémie vied Máriu Andrejevnu Lagarkovú, Sergeja Michajloviča Deeva a mnohých ďalších. Vo všeobecnosti je teraz cieľom konferencie predovšetkým stanoviť si dlhodobé ciele a nadviazať nové kontakty.“ Po troch dňoch plenárnych, sekciových a posterových prezentácií bude NSU hostiť špecializovanú časť venovanú startupom v biomedicínskych technológiách a obchodnú hru „Startup-Biotech“.
Snažíme sa odpovedať na otázky „Kto sme? odkiaľ sme? Kam ideme?“, predkladajú vedci rôzne hypotézy. V prvom rade sa vedci zaujímajú o proces vzniku vesmíru, vrátane vzniku planéty Zem a ľudstva. Záhada vzniku vesmíru však ešte nie je vyriešená. Všetky existujúce na...(Človek a spoločnosť)
Budúcnosť ľudstva
Rusko v meniacom sa svete Začiatok tretieho tisícročia charakterizuje hlboká kríza v ideologických základoch západoeurópskej kultúry. Environmentálne, demografické a iné globálne problémy, ktorým ľudstvo čelí, potvrdzujú skutočnosť, že západná civilizácia vyčerpala svoje...(Filozofia)
Fenomén globalizácie a budúcnosť ľudstva
V spoločenských a humanitných vedách je pevne zakorenená myšlienka, že moderná spoločnosť žije v ére globalizácie. Je potrebné rozlišovať medzi globalizáciou ako objektívnym procesom, ktorý je determinovaný potrebami rozvoja ľudstva ako celku, ako aj konaním subjektov, aktérov, ktorí, poháňaní rozdielmi...(Základy filozofie)
BUDÚCNOSŤ ĽUDSTVA
Úlohu vedy a techniky v živote modernej spoločnosti nemožno preceňovať. Vedecká a technologická revolúcia dramaticky zvýšila blahobyt národov, ktoré z jej výsledkov ťažili predovšetkým (hlavne vo vyspelých krajinách). V týchto krajinách sa výrazne znížila dojčenská úmrtnosť a zároveň...(Filozofia)
Biotechnológia.
Biotechnológie zahŕňajú: bioplynové technológie; výroba etanolu, butanolu, izobutanolu; výroba bionaftových palív, mastných kyselín, rastlinných uhľovodíkov; výroba biovodíka, výroba tepelnej energie. Bioplynové technológie. Bioplyn je zmes metánu a oxidu uhličitého - produkt metánu...(Bioenergia v modernej a budúcej poľnohospodárskej výrobe. Potravinová bezpečnosť)
Lekárska biotechnológia
Lekárske biotechnológie sa delia na diagnostické a terapeutické. Diagnostické medicínske biotechnológie zasa sa delia na chemické (stanovenie diagnostických látok a parametrov ich metabolizmu) a fyzikálne (stanovenie charakteristík fyzikálnych procesov organizmu). Chemický...Poľnohospodárske a environmentálne biotechnológie
V 20. storočí prebehla „zelená revolúcia“ - použitím minerálnych hnojív, pesticídov a insekticídov bolo možné dosiahnuť prudké zvýšenie produktivity plodín. Teraz sú však zrejmé aj jeho negatívne dôsledky, napríklad nasýtenie potravín dusičnanmi a pesticídmi. Hlavná...(Pojmy moderných prírodných vied)
V dňoch 18. – 19. septembra sa v Moskve konala konferencia „Postgenomické technológie“ venovaná 100. výročiu narodenia akademika G.K. Skriabin. Podujatie organizovali Ruská akadémia vied, Vedecká rada pre biotechnológiu Ruskej akadémie vied, Federálne výskumné centrum „Základné základy biotechnológie“ Ruskej akadémie vied, Ústav biochémie a fyziológie mikroorganizmov pomenovaný po . G.K. Skriabin RAS.
Akademik V.A. Tutelyan, hlavný výskumník federálneho štátneho rozpočtového ústavu „Federálne výskumné centrum pre výživu a biotechnológiu“, vypracoval správu na tému „Moderná biotechnológia vo výrobe potravín: problém biologickej bezpečnosti“. V.A. Tutelyan pripomenul publiku, že naša krajina svojho času stála pri počiatkoch priemyselnej biotechnológie a bola svetovým lídrom v tejto oblasti. V oblasti medicíny tento smer viedol akademik A.A. Pokrovského, v oblasti poľnohospodárstva a chovu hospodárskych zvierat - akademik L.K. Ernst, v oblasti výroby a tvorby výrobných zariadení - akademik V.A. Bykov. A akademik G.K. Scriabinovi sa podarilo spojiť všetko úsilie a vytvoriť kolosálny prielom vo vývoji priemyselnej biotechnológie v Sovietskom zväze.
„V Inštitúte výživy, kde som pracoval takmer celý život, na pokyn akademika Skriabina vzniklo špeciálne laboratórium, ktoré združovalo asi 70 ľudí,“ povedal V.A. Tutelyan. "Bol to veľmi rozsiahly projekt, nebojím sa povedať, že by bol porovnateľný s jadrovým projektom, pretože na vyriešenie tohto problému sa zjednotilo viac ako 70 výskumných ústavov všetkých oddelení a celú túto prácu viedol Georgij Konstantinovič Skrjabin."
V období rokov 1964 až 1990 sa intenzívne rozvíjala priemyselná biotechnológia. V 11 závodoch sa vyrábalo 1,5 milióna ton kŕmnych bielkovín. Tým sa zabezpečilo 100 % potrieb, predovšetkým pre chov hydiny a dobytka. Produkcia aminokyselín, vitamínov a ďalších zložiek tiež zodpovedala 100% potrebám Sovietskeho zväzu. Otázky bezpečnosti boli zároveň vždy v popredí, takže všetky lekárske výskumné ústavy pracovali týmto smerom, vrátane Ústavu výživy.
"Teraz je ťažké povedať, koľko výskumu sa vykonalo," povedal V.A. Tutelyan, - koľko zvierat a ľudí sa zúčastnilo práce na preukázaní bezpečnosti. Jedným z nich som aj ja, keď som ako postgraduálny študent s radosťou prechádzal z budovy ústavu na druhú stranu, kde bola vtedy jedáleň (dnes už neexistuje) a šesť mesiacov nás kŕmili výrobkami mikrobiologickej syntéza, transformovaná prostredníctvom zvierat - sliepky, ošípané atď Ďalej. Zároveň sme boli podrobne študovaní, skúmali sa biochemické a všetky ostatné parametre, aby sme dokázali absolútnu bezpečnosť. Zatiaľ, ako vidíš, žije."
Cvičenie s hrabľami. Tretí prístup
Ale začiatkom 90. rokov sme podľa hovorcu šliapli na hrable druhýkrát. Prvýkrát v roku 1948, keď bola genetika vyhlásená za pseudovedu, druhýkrát v roku 1994, keď bola zničená jej vlastná biotechnológia. „K čomu sme sa dostali v blízkej budúcnosti? - pripomenul akademik. - Kŕmne bielkoviny boli nulové a okamžite padol celý hydinársky priemysel a začali sme kupovať „Bush feet“. Produkcia vitamínov sa úplne zastavila a teraz nevyrobíme ani gram našich látok. Je to zločin! Neexistujú žiadne aminokyseliny - kupujeme ich výlučne z Číny a Japonska. Čo je to? Ide predovšetkým o parenterálnu výživu, ktorá je nevyhnutná pri katastrofách a vojenských konfliktoch – bez nej jednoducho neprežijeme. Jediné, čo musíme urobiť, je prerušiť tieto dodávky sankciami alebo inými opatreniami a zostaneme bez všetkých týchto životne dôležitých produktov.“
Teraz však podľa akademika V.A. Tutelyan, žijeme v renesancii. Bola zriadená komisia RAS pre činnosti genetického inžinierstva. Vytvoril sa legislatívny a regulačný rámec, prijalo sa množstvo zákonov, ktoré umožňujú robiť výskum a snažiť sa dobehnúť zahraničných lídrov. “Tímy autorov, ktorí sa aktívne podieľali na vývoji týchto zákonov, sú nasledovníkmi a študentmi G.K. Skrjabin,“ zdôraznil V.A. Tutelyan.
Mnohé technológie dnes pôsobia ako sci-fi. Začína sa teda intenzívny výskum tvorby GM zvierat, hydiny a rýb so špecifickými prospešnými vlastnosťami. Ústav génovej biológie chová GM kozy, ktoré produkujú ľudský laktoferín, a Ústav chovu zvierat vytvára zvieracie hybridy, ktoré dokážu predchádzať mnohým ľudským chorobám. Zároveň je na prvom mieste dôležitosti biologické hodnotenie bezpečnosti GMO zvierat.
„Existuje riziko, že zákazom tohto druhu vývoja šliapneme po tretíkrát na rovnaké hrable,“ zhrnul V.A. Tutelyan. - Je to potrebné? Aktívne pracujeme na úrovni Štátnej dumy, je tam veľa rozumných ľudí, ktorí chápu, že ak teraz zaostaneme, zaostaneme navždy, a to bude zločin proti ľuďom. Rozvoj moderného poľnohospodárstva, chovu zvierat a medicíny bez použitia biotechnológií je márny. Toto je veľa krokov späť a nemali by sme ich robiť."
Jedzte, aby ste prežili
Akademik V.A. Bykov vypracoval správu na tému „Metabolomika a lipidomika v postgenomickej biotechnológii“. Valery Alekseevich pripomenul publiku, že biotechnológia v celom civilizovanom svete je prioritnou oblasťou vedeckého a technologického pokroku, využívajúc biologické objekty a bioprocesy na cielený vplyv na životné prostredie a získavanie produktov užitočných pre ľudí, ako aj na zabezpečenie kontroly kvality a hodnotenie ich bezpečnosť.
„K základným ukazovateľom kvality života patrí nielen výživa, ale aj vzduch, voda a potraviny, celkovo naše zdravie a biotop,“ vysvetlil akademik. "Biotechnológia sa podieľa na formovaní celého súboru týchto problémov zameraných na zlepšenie kvality a dĺžky ľudského života, zvýšenie reprodukčného a pracovného potenciálu."
XXjaStoročie sa nieslo v znamení pozoruhodných udalostí súvisiacich s rozvojom biotechnológie. Posledná vlna revolúcie tu začala v roku 2000, keď prezident Clinton predložil iniciatívu na vytvorenie nanotechnológií, ktoré zahŕňajú manipuláciu na atómovej a molekulárnej úrovni.
Ale pre nás to všetko začalo v 60-tych rokoch minulého storočia, keď vyvstala otázka, ako sa rozvíjať, aby sme ľuďom poskytli potravu? Veď ľudstvo vstupuje do 20. storočia s približne miliardou obyvateľov a do 21. storočia - 7,5, hoci v skutočnosti je to niekde okolo 8. Zároveň zostali zachované všetky hlavné zdroje zemegule. „Čo hovorí toto? - položil otázku V.A. Bykov. "Skutočnosť, že stojíme na prahu novej technologickej štruktúry, bez ktorej zrejme nebude možné vyriešiť problém pohodlnej ľudskej existencie."
Pre názornosť prednášajúci predstavil diapozitív: ak vezmeme za základ 500 kilogramov hmotnosti kravy, ktorá vyprodukuje približne 500 gramov bielkovín denne, potom rovnaké množstvo kvasníc za deň vyprodukuje už 50 ton mikrobiálnych bielkovín. Ide o rádový nárast. Práve preto je biotechnológia, ktorá sa spolieha na mikroorganizmy ako výrobné prostriedky, príležitosťou na prechod k novému technologickému poriadku pre ľudstvo.
Žijeme v mori mikroorganizmov
Člen korešpondent A.M. Boronin pripomenul, ako sa zrodil Pushchino Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, dnes pomenovaný po G.K. Skriabin. Proces viedol sám akademik Skriabin a všetci zamestnanci naňho ako na vedca, vodcu a človeka mali tie najžiarivejšie a najpozitívnejšie spomienky. Rečník pripomenul, že ako vedec bol akademik Skriabin predovšetkým mikrobiológ a v tomto smere je jeho hlavnou zásluhou rozvoj mikrobiológie u nás. „V tejto súvislosti vám chcem pripomenúť, že doslova žijeme v oceáne mikroorganizmov,“ povedal A.M. Boronín. - Obklopuje nás nespočetné množstvo mikroorganizmov, vo vode, v moriach, na súši, v rastlinách a živočíchoch. Jeden hektár pôdy obsahuje až 5 ton mikrobiálnej biomasy. Celková biomasa mikroorganizmov na našej planéte prevyšuje biomasu rastlín, hmyzu a zvierat dohromady.“
Biodiverzita mikroorganizmov je obrovská a úžasná. Jednou z úloh mikrobiologickej vedy je preto systematizovať tento svet. Snažili sa na to použiť rôzne systémy, ale všetky sa ukázali ako nie príliš pohodlné. V roku 1977 sa objavila práca Carla Woeseho: navrhol fylogenetický klasifikačný systém založený na porovnávaní ribozómov porovnaním štruktúry 16S rRNA, ktorú možno v mnohých ohľadoch považovať za akýsi chronometer evolúcie vrátane živého mikroorganizmu. Tým sa otvorili možnosti pre štúdium a systematizáciu sveta mikroorganizmov a najmä objav superkráľovstva archeí, ktoré žijú v širokej škále ekosystémov, od morských hlbín až po termálne pramene. Pomocou bioinformatických metód boli objavené lokiarchea, u ktorých bol objavený cytoskelet a ďalšie znaky fagocytózy.
Ďalší vývoj v technológii umožnil rozšírenie týchto štúdií, čo viedlo k veľmi nedávnym významným zmenám v našom chápaní evolučného stromu.
„Pravdepodobne nás čaká ešte veľa prekvapení a niektorí vedci tvrdia, že je možné, že sa v strome života objavia nové domény spojené s objavovaním iných organizmov,“ zdôraznil A.M. Boronín. "Tieto štúdie poskytujú potravu pre pokusy pochopiť evolučné procesy, ktoré sa vyskytli a stále vyskytujú, často priamo pred našimi očami."
Mikrobiológia v popredí vedy
To všetko má nielen obrovské zásadné, ale aj aplikované výhody. Jedným z takýchto príkladov je štúdium príčin vzniku multirezistentných mikroorganizmov, proti ktorým sú najmodernejšie antibiotiká bezmocné. To predstavuje obrovský medicínsky problém, ktorý sa doteraz neriešil. Práve mikrobiológovia sú tu v popredí práce, aby rozlúštili mechanizmy týchto typov problémov a našli spôsoby, ako ich prekonať.
Ďalším príkladom práce mikrobiológov je známy príbeh o Helicobacter pylori, za objav ktorej bola v roku 2005 udelená Nobelova cena. Výsledkom tejto práce bolo preukázané, že tento mikroorganizmus je zodpovedný za výskyt žalúdočných vredov u ľudí. Ďalšie štúdie tento predpoklad potvrdili a navyše ukázali, že táto baktéria je zodpovedná nielen za vredy, ale aj za vznik rakoviny žalúdka. Preto dnes lekári odporúčajú, aby sa takmer všetci pacienti s gastrointestinálnymi problémami podrobili príslušnému testu: včasná detekcia „nepriateľských“ baktérií môže úspešne zabrániť najvážnejším následkom.
Ale zároveň najnovšie štúdie odhalili, že prítomnosť Helicobacter pylori znižuje riziko astmy. A jeho absencia vedie k zvýšenému riziku gastroezofageálneho refluxu a adenokarcinómu. To znamená, že vidíme zložitosť správania a rozmanitosť vlastností mikroorganizmov.
Preto je dnes otázkou ďalší výskum ľudského mikrobiómu s cieľom objasniť všetky jeho funkcie a určiť úlohu jednotlivých mikroorganizmov, ktoré ovplyvňujú život človeka.
„Všetci vieme, že mikroorganizmy uľahčujú trávenie potravy, vylučujú určité vitamíny a podieľajú sa na tvorbe, vývoji a udržiavaní imunitného systému,“ pripomenul A.M. Boronín. - Do určitej miery sa nás snažia chrániť pred chorobami bojom s patogénmi alebo jednoduchou konkurenciou. Ide o zložitý svet, oveľa starší a možno aj rozmanitejší ako ten náš, a našou úlohou je pokúsiť sa ho pochopiť, aby sme na základe vedeckých dôkazov prešli k novej generácii probiotík, ktoré pomáhajú stabilizovať mikrobióm alebo ho korigujú, keď sa objaví. je v nerovnováhe pod vplyvom tých istých antibiotík. Nie je žiadnym tajomstvom, že veľké množstvo užívaných antibiotík a ich nadmerné užívanie spôsobuje množstvo závažných porúch v zažívacom trakte. Viete si predstaviť, pod akým stresom je náš mikrobióm a aké to môže mať následky. A následky môžu byť najvážnejšie. Napríklad jeden typ plastidu sa môže objaviť v hrubom čreve, čo vedie k ochoreniu, ktoré môže byť smrteľné.“
Vplyv sveta mikroorganizmov na nás podľa hovorkyne podceňujeme. Nedávno sa objavili dôkazy, že mikrobiológia ovplyvňuje nielen naše fyzické zdravie, ale aj správanie, psychiku a dokonca aj religiozitu človeka. Preto je štúdium biológie mikroorganizmov kľúčom k pochopeniu podstaty globálneho ekosystému, zdôraznil A.M. Boronín.
Zhromaždení si zaspomínali aj na G.K. Skrjabin, jeho neoceniteľný prínos k rozvoju domácej biologickej vedy, dlhoročná služba hlavného vedeckého tajomníka Akadémie vied, jeho úžasná efektívnosť, priateľskosť a nevyčerpateľná životná energia, ktorou disponoval. Podľa všetkých prítomných išlo o ľudí ako G.K. Skrjabin, urobte históriu krajiny, rozšírte jej vedecké a ľudské dedičstvo. Podľa predsedu konferencie akademika M.P. Kirpichniková, G.K. Skrjabin nebol len vynikajúcim vedcom, ale aj vynikajúcim občanom svojej krajiny. Práve ľudia ako títo robia ich krajinu skutočne skvelou.
Natália Lešková
Že taký malý a slabo rozvinutý ostrov ako Kuba podarilo byť na čele vedeckého výskumu, ktorý zaujíma celý svet, neprestáva udivovať.
Len v oblasti boja proti rakovine je zoznam úspechov celkom pôsobivý. Doktor Ronaldo Pérez Rodríguez z Centra molekulárnej imunológie nedávno na medzinárodnej konferencii o tejto problematike povedal, že Kuba má registrovaných 28 liekov na boj proti rakovine, ktoré sú v rôznych štádiách vývoja.
Vo vedeckých inštitúciách v regióne sa vyvíjajú rôzne terapeutické vakcíny, monoklonálne protilátky, interferóny a peptidy biotechnológie, sú dnes nádejou na úľavu pre mnoho miliónov ľudí trpiacich touto hroznou chorobou.
Úspechy Kuby v tejto oblasti sú však najpôsobivejšie. Centrum genetického inžinierstva a biotechnológie (TsGIB), ktoré vzniklo pred 30 rokmi, dosiahlo významné výsledky a významne prispelo k diagnostike, prevencii a liečbe viac ako dvoch desiatok ochorení.
V súčasnosti TsGIB vyvíja viac ako 50 výskumných projektov, ktoré zahŕňajú vakcíny, rekombinantné proteíny na terapeutické použitie, syntetické peptidy a veterinárne produkty na poľnohospodárske použitie.
Najvýznamnejším produktom je Heberprot-P, ktorý uľahčuje hojenie zložitých diabetických vredov na nohe a znižuje riziko amputácie. Liek už berie asi 49-tisíc pacientov na Kube a 185-tisíc mimo nej.
Po zaradení tohto lieku do zoznamu životne dôležitých liekov v Rusku sa tieto čísla nepochybne zvýšia. Elena Maksimkina, riaditeľka odboru štátnej regulácie obehu liekov Ministerstva zdravotníctva Ruskej federácie a spolupredsedníčka rusko-kubánskej pracovnej skupiny pre zdravie, upozornila na pozitívne výsledky klinických štúdií lieku Heberprot-P, a ministerka zdravotníctva Veronika Skvortsová sa k jeho účinnosti vyjadrili počas telemostu s prezidentom Vladimírom Putina.
Droga každoročne zlepší život 200 tisíc Rusom trpiacich touto chorobou, zníži počet amputácií a tým zníži mieru invalidity a tiež predĺži dĺžku života.
Ďalšie inovatívne produkty kubánskeho biofarmaceutického priemyslu, ktoré pritiahli pozornosť v Rusku aj v iných krajinách, sú: HeberNasvac- liek na liečbu hepatitídy B a Proctokinasa - liek s preukázanou účinnosťou pri liečbe hemoroidov. V oblasti poľnohospodárstva a veterinárnej medicíny je izolovaný biologický rodenticíd Biorate (Biorat) a nematocíd HeberNem.
„Kuba je úžasným príkladom úspechu vo vedeckom výskume,“ povedal Kirill Kayem, viceprezident biomedicínskeho klastra Skolkovo. „Okamžite som neveril, že celkové príjmy z biofarmaceutických produktov na Kube sú porovnateľné s príjmami v Ruskej federácii,“ dodal.
Kubánske výskumné projekty v tejto oblasti, týkajúce sa najmä onkológie a neurodegeneratívnych ochorení, v súčasnosti skúma inovačné centrum a očakáva sa, že niektoré z nich získajú financie na spoločný výskum. Všetko nasvedčuje tomu, že sa bude rozvíjať vedecká spolupráca medzi Kubou a Ruskom v tejto oblasti.
Vedecký potenciál ostrova je veľmi veľký a to nie je náhoda. Všetko je to o vládnej stratégii, ktorá bola stanovená na samom začiatku revolúcie a siaha niekoľko desaťročí do minulosti. „Budúcnosť našej krajiny musí byť nevyhnutne budúcnosťou vedeckých ľudí,“ povedal Fidel Castro v roku 1960. Dokonca aj v najhorších rokoch krízy mala vedecká komunita vždy štátnu podporu, ktorá dnes prináša výsledky.
Ak sa teraz tak veľa dosiahlo, napriek ekonomickým ťažkostiam a blokáde z USA, obmedzenie prístupu k technológiám a trhom, čo môže tento vedecký potenciál dosiahnuť v budúcnosti, otvorený celému svetu a keď vedci dostanú platy, aké si zaslúžia? Možno potom príde budúcnosť vedcov.
Biotechnológia – liek budúcnosti
Nové číslo časopisu „SCIENCE from First Hands“ vyšlo „v pätách“ celoruskej konferencie s medzinárodnou účasťou „Biotechnológia – medicína budúcnosti“, ktorá sa konala v Novosibirsku Akademgorodok v júli 2017. Medzi organizátormi vedeckým fórom sú Ústav chemickej biológie a základnej medicíny a Ústav cytológie a genetiky SB RAS, ako aj Štátna univerzita v Novosibirsku, kde sa biomedicínsky výskum realizuje v rámci strategickej akademickej jednotky „Syntetická biológia“. “, ktorá združuje množstvo ruských a zahraničných účastníkov, predovšetkým ústavy SB RAS biologického profilu. V prvom, úvodnom článku čísla prinášajú jeho autori prehľad najaktuálnejších smerov a perspektívnych výsledkov výskumu súvisiaceho s vývojom a implementáciou nových genetických inžinierskych, bunkových, tkanivových, imunobiologických a digitálnych technológií v praktickej medicíne, niektorých ktoré sú podrobne uvedené v ďalších článkoch čísla
Rýchly rozvoj biologickej vedy, v dôsledku vzniku vysokovýkonných zariadení a vytvárania metód na manipuláciu s informačnými biopolymérmi a bunkami, pripravil základ pre rozvoj budúcej medicíny. V dôsledku nedávneho výskumu boli vyvinuté účinné diagnostické metódy a objavili sa príležitosti na racionálny návrh antivírusových, antibakteriálnych a protinádorových liečiv, génovej terapie a úpravy genómu. Moderné biomedicínske technológie čoraz viac začínajú ovplyvňovať ekonomiku a určujú kvalitu života ľudí.
Doteraz bola podrobne študovaná štruktúra a funkcie základných biologických molekúl a boli vyvinuté metódy syntézy proteínov a nukleových kyselín. Tieto biopolyméry sú svojou povahou „inteligentné“ materiály, pretože sú schopné vysoko špecificky „rozpoznať“ a pôsobiť na určité biologické ciele. Cieleným „programovaním“ takýchto makromolekúl je možné vytvárať receptorové molekulárne konštrukty pre analytické systémy, ale aj lieky, ktoré selektívne ovplyvňujú špecifické genetické programy alebo proteíny.
„Inteligentné drogy“ vytvorené pomocou metód syntetickej biológie otvárajú príležitosti pre cielene(cielená) terapia autoimunitných, onkologických, dedičných a infekčných ochorení. To dáva dôvod hovoriť o zavádzaní personalizovaných medicínskych prístupov do lekárskej praxe, zameraných na liečbu konkrétneho človeka.
Pomocou moderných medicínskych technológií a liečiv je dnes možné vyliečiť mnohé choroby, ktoré v minulosti predstavovali obrovský medicínsky problém. S rozvojom praktického lekárstva a predlžovaním priemernej dĺžky života je však úloha zdravotníctva v pravom zmysle slova čoraz naliehavejšia: nielen bojovať proti chorobám, ale aj udržiavať existujúce zdravie, aby človek mohol viesť aktívny životný štýl. a zostať plnohodnotným členom spoločnosti až do vysokého veku.
NA ZDRAVIE! Moderné metódy genómového sekvenovania sa vo veľkej miere zavádzajú do medicíny a v blízkej budúcnosti budú mať všetci pacienti genetické pasy. Informácie o dedičných charakteristikách pacienta sú základom prognostickej personalizovanej medicíny. Forewarned je známe, že je predpažený. Človek, ktorý si je vedomý možných rizík, si dokáže zorganizovať život tak, aby zabránil rozvoju ochorenia. Týka sa to životného štýlu, výberu potravín a terapeutických liekov.Za predpokladu, že neustále monitorujete súbor markerov, ktoré signalizujú odchýlky vo fungovaní tela, môžete ich včas opraviť. Existuje už veľa metód na sledovanie stavu tela: napríklad pomocou senzorov, ktoré monitorujú fungovanie kardiovaskulárneho systému a kvality spánku alebo prístrojov, ktoré analyzujú plynné produkty vo vzduchu vydychovanom človekom. Vďaka vývoju minimálne invazívnych technológií tekutej biopsie a technológií na analýzu proteínov a peptidov cirkulujúcich v krvnom obehu sa otvárajú obrovské príležitosti. V počiatočných štádiách ochorenia možno v mnohých prípadoch stav tela korigovať pomocou „mäkkých“ metód: zmenou charakteru výživy, použitím ďalších mikroelementov, vitamínov a probiotík. V poslednom období sa osobitná pozornosť venuje možnostiam korekcie odchýlok v zložení črevnej mikroflóry človeka, ktoré sú spojené so vznikom veľkého množstva patologických stavov.
Tento problém možno vyriešiť zabezpečením neustálej účinnej kontroly nad stavom tela, ktorá by umožnila vyhnúť sa účinkom nepriaznivých faktorov a zabrániť rozvoju ochorenia, identifikovať patologický proces vo veľmi skorom štádiu a eliminovať veľmi príčinou choroby.
V tomto zmysle možno hlavnú úlohu budúcej medicíny formulovať ako „manažment zdravia“. Je to celkom možné, ak máte úplné informácie o dedičnosti osoby a sledujete kľúčové ukazovatele stavu tela.
"Inteligentná" diagnostika
Na zvládnutie zdravia je potrebné disponovať účinnými a jednoduchými minimálne invazívnymi metódami na včasnú diagnostiku ochorení a stanovenie individuálnej citlivosti na terapeutické lieky, ako aj environmentálne faktory. Napríklad musia byť vyriešené (a už sa riešia) problémy ako vytvorenie systémov na génovú diagnostiku a identifikáciu patogénov ľudských infekčných chorôb a vývoj metód na kvantitatívne stanovenie proteínov a nukleových kyselín – markerov chorôb. .
Samostatne stojí za to zdôrazniť vytvorenie metód pre včasnú neinvazívnu diagnostiku ( tekutá biopsia) nádorové ochorenia založené na analýze extracelulárnej DNA a RNA. Zdrojom takýchto nukleových kyselín sú mŕtve aj živé bunky. Normálne je ich koncentrácia relatívne nízka, ale zvyčajne sa zvyšuje so stresom a rozvojom patologických procesov. Keď sa objaví malígny nádor, nukleové kyseliny vylučované rakovinovými bunkami vstupujú do krvného obehu a takáto charakteristická cirkulujúca RNA a DNA môže slúžiť ako markery ochorenia.
Teraz sa na základe takýchto markerov vyvíjajú prístupy k včasnej diagnostike rakoviny, metódy predpovedania rizika jej vývoja, ako aj hodnotenie závažnosti ochorenia a účinnosti terapie. Napríklad v Ústave chemickej biológie a základnej medicíny SB RAS sa ukázalo, že pri rakovine prostaty je stupeň metylácia určité úseky DNA. Bola vyvinutá metóda na izoláciu cirkulujúcej DNA zo vzoriek krvi a na analýzu jej metylačných vzorcov. Táto metóda by sa mohla stať základom pre presnú neinvazívnu diagnostiku rakoviny prostaty, ktorá dnes neexistuje.
Dôležitým zdrojom informácií o zdravotnom stave môže byť tzv nekódujúce RNA, teda tie RNA, ktoré nie sú templátom pre syntézu proteínov. V posledných rokoch sa zistilo, že v bunkách sa tvorí veľa rôznych nekódujúcich RNA, ktoré sa podieľajú na regulácii najrôznejších procesov na úrovni buniek a celého organizmu. Štúdium spektra mikroRNA a dlhých nekódujúcich RNA v rôznych podmienkach otvára široké možnosti pre rýchlu a efektívnu diagnostiku. V Ústave molekulárnej a bunkovej biológie SB RAS (IMBB SB RAS, Novosibirsk) a ICBFM SB RAS bolo identifikovaných množstvo mikroRNA ako sľubné markery nádorových ochorení.
POZNAJTE NEPRIATEĽA V TVÁRI Moderné technológie využívajúce biologické mikročipy umožňujú rýchlo a efektívne identifikovať pôvodcov mnohých chorôb (tuberkulóza, AIDS, hepatitída B a C, antrax, infekcie novorodencov), zistiť prítomnosť niektorých biotoxínov, určiť chromozomálne translokácie pri leukémii. registrovať proteínové markery rakoviny a určiť genetickú predispozíciu k ochoreniam a individuálnu citlivosť na určité typy terapie. Technológie je možné využiť aj na genetickú identifikáciu jedincov pri forenzných genetických vyšetreniach a tvorbe databáz DNA.IBFM SB RAS sa podieľala na realizácii dvoch veľkých medzinárodných projektov na vývoj oligonukleotidových mikročipov, financovaných z programu American Biotechnology Cooperation Program Ministerstva zdravotníctva USA ( Biotechnology Engagement Program, Ministerstvo zdravotníctva a sociálnych služieb USA BTEP/DHHS). V rámci prvého projektu za účasti špecialistov IMB. V. A. Engelhardt vytvoril mikročipy, ktoré umožňujú presne identifikovať rôzne kmene kiahní a herpes vírusov. Boli vyvinuté dva návrhy mikročipov (na sklenenom substráte a s gélovými škvrnami), ako aj prenosný fluorescenčný detektor na ich analýzu. V rámci druhého projektu bol vytvorený univerzálny mikročip na typizáciu vírusu chrípky typu A, ktorý umožňuje spoľahlivo rozlíšiť 30 podtypov tohto vírusu na základe stanovenia dvoch povrchových proteínov vírusu - hemaglutinínu a neuraminidázy.
Pomocou moderných technológií sekvenovania RNA a DNA možno vytvoriť platformu na diagnostiku a prognózu rakoviny u ľudí na základe analýzy obsahu mikroRNA a genotypizácie, t.j. identifikácie špecifických genetických variantov konkrétneho génu, ako aj určovania profilov. výraz(aktivita) génov. Tento prístup predpokladá schopnosť rýchlo a súčasne vykonávať viaceré analýzy pomocou moderných zariadení – biologické mikročipy.
Biočipy sú miniatúrne zariadenia na paralelnú analýzu špecifických biologických makromolekúl. Myšlienka vytvorenia takýchto zariadení sa zrodila v Ústave molekulárnej biológie pomenovanom po ňom. V. A. Engelhardt z Ruskej akadémie vied (Moskva) ešte koncom 80. rokov 20. storočia. V krátkom čase sa biočipové technológie objavili ako nezávislá oblasť analýzy s obrovským rozsahom praktických aplikácií, od štúdia základných problémov molekulárnej biológie a molekulárnej evolúcie až po identifikáciu kmeňov baktérií odolných voči liekom.
V súčasnosti IMB RAS vyrába a používa v lekárskej praxi originálne testovacie systémy na identifikáciu patogénov množstva spoločensky významných infekcií vrátane tuberkulózy, pričom súčasne identifikuje ich rezistenciu voči antimikrobiálnym liekom; testovacie systémy na hodnotenie individuálnej znášanlivosti cytostatických liekov a mnohé ďalšie.
Svetovým lídrom v konštrukcii biočipov je americká spoločnosť Spoločnosť Affymetrix Inc. – vyrába biočipy s vysokou hustotou molekulárnych sond na základe fotolitografických technológií používaných na výrobu polovodičových čipov. Na jednom takom čipe, na ploche menšej ako 2 cm2, môžu byť umiestnené milióny bodových bodov s veľkosťou niekoľkých mikrónov. Každý takýto bod obsahuje niekoľko miliónov identických oligonukleotidov kovalentne viazaných na povrch mikročipuVývoj bioanalytických diagnostických metód si vyžaduje neustále zlepšovanie citlivosť – schopnosť poskytnúť spoľahlivý signál pri registrácii malých množstiev detekovanej látky. Biosenzory – ide o novú generáciu zariadení, ktoré umožňujú špecifickú analýzu obsahu rôznych markerov chorôb vo vzorkách komplexného zloženia, čo je dôležité najmä pri diagnostike chorôb.
IBFM SB RAS v spolupráci s Novosibirským inštitútom fyziky polovodičov SB RAS vyvíja mikrobiosenzory založené na tranzistory s efektom poľa, ktoré patria medzi najcitlivejšie analytické zariadenia. Takýto biosenzor umožňuje monitorovanie interakcie biomolekúl v reálnom čase. Jeho súčasťou je jedna z týchto interagujúcich molekúl, ktorá hrá úlohu molekulárnej sondy. Sonda zachytáva molekulárny cieľ z analyzovaného roztoku, ktorého prítomnosť možno použiť na posúdenie špecifických charakteristík zdravia pacienta.
"Doplnková" medicína
Dekódovanie genómov ľudí a patogénov rôznych infekcií otvorilo cestu pre rozvoj radikálnych prístupov k liečbe chorôb zameraním sa na ich hlavnú príčinu – genetické programy zodpovedné za rozvoj patologických procesov. Hlboké pochopenie mechanizmu ochorenia, na ktorom sa podieľajú nukleové kyseliny, umožňuje navrhnúť terapeutické nukleové kyseliny, ktoré obnovia stratenú funkciu alebo blokujú výslednú patológiu.
Takýto účinok sa môže uskutočniť pomocou fragmentov nukleových kyselín - syntetických oligonukleotidy, schopné selektívne interagovať s určitými nukleotidovými sekvenciami v cieľových génoch podľa princípu komplementárnosť. Samotná myšlienka použitia oligonukleotidov na cielené účinky na gény bola prvýkrát predstavená v laboratóriu prírodných polymérov (neskôr Katedra biochémie) Novosibirského inštitútu bioorganickej chémie SB RAS (teraz Ústav chemickej biológie a základnej medicíny SB RAS). Prvé lieky boli vytvorené v Novosibirsku cielene na gény na selektívnu inaktiváciu vírusových a niektorých bunkových RNA.
Podobné génovo cielené terapeutické liečivá sa teraz aktívne vyvíjajú na báze nukleových kyselín, ich analógov a konjugátov (antisense oligonukleotidy, interferujúca RNA, aptaméry, systémy na úpravu genómu). Výskum v posledných rokoch ukázal, že na základe antisense oligonukleotidy je možné získať široké spektrum biologicky aktívnych látok, ktoré pôsobia na rôzne genetické štruktúry a spúšťajú procesy vedúce k dočasnému „vypnutie“ génov alebo zmeny genetických programov – vzhľad mutácie. Bolo dokázané, že pomocou takýchto zlúčenín je možné potlačiť fungovanie niektorých messenger RNAživé bunky, ovplyvňujúce syntézu proteínov a tiež chránia bunky pred vírusovou infekciou.
Dnes sa nielen v biologickom výskume využívajú antisense oligonukleotidy a RNA, ktoré potláčajú funkcie mRNA a vírusových RNA. Prebiehajú testy množstva antivírusových a protizápalových liečiv vytvorených na báze umelých analógov oligonukleotidov a niektoré z nich sa už začínajú zavádzať do klinickej praxe.
Laboratórium biomedicínskej chémie IBFM SB RAS, pracujúce týmto smerom, vzniklo v roku 2013 vďaka vedeckému megagrantu vlády Ruskej federácie. Jeho organizátorom bol profesor Yale University, nositeľ Nobelovej ceny S. Altman. V laboratóriu prebieha výskum fyzikálno-chemických a biologických vlastností nových perspektívnych umelých oligonukleotidov, na základe ktorých sa vyvíjajú antibakteriálne a antivírusové lieky zacielené na RNA.
V rámci projektu vedeného S. Altmanom sa uskutočnila rozsiahla systematická štúdia účinkov rôznych umelých analógov oligonukleotidov na patogénne mikroorganizmy: Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Staphylococcus aureus a vírus chrípky. Boli identifikované cieľové gény, ktoré dokážu najúčinnejšie potlačiť tieto patogény; Posudzujú sa technologické a terapeutické charakteristiky najaktívnejších oligonukleotidových analógov, vrátane tých, ktoré vykazujú antibakteriálnu a antivírusovú aktivitu.
V ICBFM SB RAS prvýkrát na svete syntetizovali fosforylguanidín oligonukleotidové deriváty. Tieto nové zlúčeniny sú elektricky neutrálne, stabilné v biologickom prostredí a silne sa viažu na RNA a DNA ciele v širokom rozsahu podmienok. Vzhľadom na ich rozsah jedinečných vlastností sú sľubné na použitie ako terapeutické činidlá a môžu byť tiež použité na zlepšenie účinnosti diagnostických nástrojov založených na biočipových technológiách.
Medzi komerčnými spoločnosťami je lídrom vo vytváraní terapeutických nukleových kyselín americká spoločnosť Ionis Pharmaceuticals, Inc.. (USA). Po mnohých rokoch klinického výskumu boli do lekárskej praxe zavedené antisense lieky: Kynamro – znižuje hladinu „zlého“ cholesterolu, Alicaforsen - na liečbu ulceróznej kolitídy a Spinraza - na liečbu Duchennovej dystrofie. Drogy Ionis Prebiehajú klinické skúšky proti množstvu ďalších chorôb. Líder vo vytváraní terapeutickej interferujúcej RNA – spoločnosť Alnylam Pharmaceuticals – tiež vykonáva klinické skúšky celého radu liekov na liečbu závažných ochorení (ako je dedičná amyloidóza, ťažké formy hypercholesterolémie, hemofília), na ktoré v súčasnosti neexistuje účinná liečbaAntisense účinky na messenger RNA nie sú obmedzené na jednoduché blokovanie spájanie(proces „dozrievania RNA“) alebo syntéza proteínov. Efektívnejšie je enzymatické štiepenie mRNA, vyvolané väzbou terapeutického oligonukleotidu na cieľ. V tomto prípade môže oligonukleotid, induktor štiepenia, následne kontaktovať inú molekulu RNA a zopakovať svoju činnosť. ICBFM SB RAS študovala účinok oligonukleotidov, ktoré po naviazaní na mRNA tvoria komplexy, ktoré môžu slúžiť ako substráty pre enzým RNáza P. Tento enzým sám o sebe je RNA s katalytickými vlastnosťami ( ribozým).
Nielen antisense nukleotidy, ale aj dvojvláknová RNA, pôsobiaca podľa mechanizmu, sa ukázali ako mimoriadne silný prostriedok na potlačenie génovej aktivity RNA interferencia. Podstatou tohto javu je, že pri vstupe do bunky sú dlhé dsRNA rozrezané na krátke fragmenty (tzv. malá interferujúca RNA, siRNA), komplementárne k určitej oblasti mediátorovej RNA. Väzbou na takúto mRNA spúšťajú siRNA pôsobenie enzymatického mechanizmu, ktorý ničí cieľovú molekulu.
Využitie tohto mechanizmu otvára nové možnosti na vytvorenie širokého spektra vysoko účinných netoxických liekov na potlačenie expresie takmer akéhokoľvek génu, vrátane vírusových. V ICBFM SB RAS boli navrhnuté sľubné protinádorové lieky založené na malých interferujúcich RNA, ktoré vykazovali dobré výsledky v pokusoch na zvieratách. Jedným zo zaujímavých zistení je dvojvláknová RNA s originálnou štruktúrou, ktorá stimuluje tvorbu interferón, účinne potláča proces metastázovania nádoru. Dobrý prienik liečiva do buniek je zabezpečený novými katiónovými nosičmi. lipozómy(lipidové vezikuly), vyvinuté v spolupráci so špecialistami z Moskovskej štátnej univerzity jemných chemických technológií pomenovanej po M. V. Lomonosov.
Nové úlohy nukleových kyselín
Vývoj metódy polymerázovej reťazovej reakcie, ktorá umožňuje reprodukovať nukleové kyseliny - DNA a RNA - v neobmedzenom množstve, a objavenie sa technológií molekulárnej selekcie nukleových kyselín umožnilo vytvoriť umelú RNA a DNA so špecifickými vlastnosťami. . Molekuly nukleových kyselín, ktoré selektívne viažu určité látky, sa nazývajú aptaméry. Na ich základe možno získať lieky, ktoré blokujú funkcie akýchkoľvek proteínov: enzýmov, receptorov alebo regulátorov génovej aktivity. V súčasnosti boli získané tisíce rôznych aptamérov, ktoré sú široko používané v medicíne a technike.
Jedným zo svetových lídrov v tejto oblasti je americká spoločnosť Spoločnosť Soma Logic Inc. – vytvára tzv prichádzajúci ktoré sú selektívne vybrané z knižníc chemicky modifikovaných nukleových kyselín na základe úrovne afinity k určitým cieľom. Modifikácie na dusíkatej báze dodávajú takýmto aptamérom ďalšiu „proteínovú“ funkčnosť, ktorá zaisťuje vysokú stabilitu ich komplexov s cieľmi. Okrem toho to zvyšuje pravdepodobnosť úspešnej selekcie koamerov pre tie zlúčeniny, pre ktoré nebolo možné vybrať konvenčné aptaméry.
Príkladom vývoja mikročipových technológií je americká spoločnosť LCSciences a nemčine Febit GmbH. Výroba biočipového reaktora LCSciences použitie štandardných činidiel na syntézu oligonukleotidov umožňuje súčasne syntetizovať 4-8 tisíc rôznych oligonukleotidov. Spoločnosť zaoberajúca sa mikročipovým reaktorom Febit GmbH pozostáva z 8 nezávislých fragmentov, na každom z nich je súčasne syntetizovaných až 15 tisíc rôznych oligonukleotidov. Za jeden deň týmto spôsobom môžete získať až pol milióna oligonukleotidov – stavebných kameňov budúcich génov.
Medzi aptamérmi s afinitou ku klinicky relevantným cieľom sú v súčasnosti kandidáti na terapeutické liečivo, ktoré dosiahli tretiu, kľúčovú fázu klinických skúšok. Jedným z nich je Macugen - už používané v klinickej praxi na liečbu ochorení sietnice; liek na liečbu vekom podmienenej makulárnej degenerácie sietnice Fovistaúspešne absolvuje testy. A podobných liekov sa pripravuje veľa.
Ale terapia nie je jediným účelom aptamérov: sú veľmi zaujímavé pre bioanalytikov ako rozpoznávacie molekuly pri vytváraní aptamérové biosenzory.
V IKhBFM spolu s Ústavom biofyziky SB RAS (Krasnojarsk) sa vyvíjajú bioluminiscenčné aptasenzory s prepínateľnou štruktúrou. Boli získané aptaméry, ktoré pôsobia ako senzorový reportérový blok pre Ca2+-aktivovaný fotoproteín vybieliť, čo je pohodlná bioluminiscenčná značka. Tento senzor je schopný „chytiť“ molekuly len určitých proteínov, ktoré je potrebné vo vzorke detegovať. V súčasnosti sa pomocou tejto schémy navrhujú prepínateľné biosenzory pre modifikované krvné proteíny, ktoré slúžia ako markery cukrovky.
Novým objektom medzi terapeutickými nukleovými kyselinami je samotná mediátorová RNA. Spoločnosť Moderná terapia(USA) v súčasnosti vykonáva rozsiahle klinické skúšky mRNA. Keď mRNA vstúpi do bunky, chová sa ako vlastná. Vďaka tomu je bunka schopná produkovať proteíny, ktoré môžu zabrániť alebo zastaviť rozvoj ochorenia. Väčšina týchto potenciálnych terapeutických liekov je zameraná proti infekčným ochoreniam (vírus chrípky, vírus Zika, cytomegalovírus a pod.) a onkologickým ochoreniam.
Proteíny ako liek
Obrovské úspechy syntetickej biológie v posledných rokoch sa odzrkadlili vo vývoji technológií na výrobu terapeutických proteínov, ktoré sú už v klinike hojne využívané. V prvom rade sa to týka protinádorových protilátok, pomocou ktorých je možná účinná terapia radu onkologických ochorení.
Teraz sa objavuje stále viac a viac nových protinádorových proteínových liekov. Príkladom môže byť droga laktaptín, vytvorený v ICBFM SB RAS na základe fragmentu jedného z hlavných proteínov ľudského mlieka. Vedci zistili, že tento peptid vyvoláva apoptóza(„samovražda“) buniek zo štandardnej kultúry nádorových buniek – adenokarcinómu ľudského prsníka. Pomocou metód genetického inžinierstva sa získalo množstvo štruktúrnych analógov laktaptínu, z ktorých bol vybraný ten najúčinnejší.
Testy na laboratórnych zvieratách potvrdili bezpečnosť lieku a jeho protinádorovú a antimetastatickú aktivitu proti množstvu ľudských nádorov. Technológia výroby laktaptínu v substancii a dávkovej forme už bola vyvinutá a boli vyrobené prvé experimentálne šarže lieku.
Terapeutické protilátky sa čoraz častejšie používajú na liečbu vírusových infekcií. Špecialistom z ICBFM SB RAS sa metódami genetického inžinierstva podarilo vytvoriť humanizovanú protilátku proti vírusu kliešťovej encefalitídy. Liek prešiel všetkými predklinickými testami, čo dokazuje jeho vysokú účinnosť. Ukázalo sa, že ochranné vlastnosti umelej protilátky sú stokrát vyššie ako u komerčného protilátkového prípravku získaného z darcovského séra.
Invázia dedičnosti
Objavy posledných rokov rozšírili možnosti génovej terapie, ktorá donedávna pôsobila ako sci-fi. technológie genomická úprava, založené na použití RNA-proteínového systému CRISPR/Cas, sú schopné rozpoznať určité sekvencie DNA a zaviesť v nich zlomy. Počas "opravy" ( reparácie) takéto poruchy môžu byť korigované mutáciami zodpovednými za choroby, alebo môžu byť zavedené nové genetické prvky na terapeutické účely.
Editácia génov otvára perspektívu radikálneho riešenia problému genetických chorôb pomocou modifikácie genómu mimotelové oplodnenie. Zásadná možnosť cielených zmien v génoch ľudského embrya je už experimentálne dokázaná a vytvorenie technológie, ktorá zabezpečí narodenie detí bez dedičných chorôb, je úlohou blízkej budúcnosti.
Pomocou genomickej úpravy môžete nielen „opraviť“ gény: tento prístup možno použiť na boj proti vírusovým infekciám, ktoré sú odolné voči konvenčnej terapii. Hovoríme o vírusoch, ktoré integrujú svoj genóm do bunkových štruktúr tela, kde je pre moderné antivírusové lieky nedostupný. Medzi tieto vírusy patria HIV-1, vírusy hepatitídy B, papilomavírusy, polyomavírusy a množstvo ďalších. Systémy na úpravu genómu môžu inaktivovať vírusovú DNA vo vnútri bunky jej rozrezaním na neškodné fragmenty alebo zavedením inaktivačných mutácií do nej.
Je zrejmé, že použitie systému CRISPR/Cas ako prostriedku na korekciu ľudských mutácií bude možné až po jeho zlepšení, aby sa zabezpečila vysoká úroveň špecificity a vykonala sa široká škála testov. Okrem toho, na úspešný boj s nebezpečnými vírusovými infekciami je potrebné vyriešiť problém účinného dodávania terapeutických činidiel do cieľových buniek.
Najprv tam bola kmeňová bunka
Jednou z najrýchlejšie rastúcich oblastí medicíny je bunkovej terapie. Popredné krajiny už vykonávajú klinické skúšky bunkových technológií vyvinutých na liečbu autoimunitných, alergických, onkologických a chronických vírusových ochorení.
V Rusku priekopnícka práca na vytvorení terapeutických činidiel založených na kmeňových buniek a bunkové vakcíny sa uskutočnili v Ústave základnej a klinickej imunológie Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied (Novosibirsk). V dôsledku výskumu boli vyvinuté metódy liečby rakoviny, hepatitídy B a autoimunitných ochorení, ktoré sa už na klinike začali experimentálne používať.
Projekty na vytváranie bánk bunkových kultúr od pacientov s dedičnými a onkologickými ochoreniami na testovanie farmakologických liekov sa v súčasnosti stali mimoriadne aktuálnymi. V Novosibirskom vedeckom centre už takýto projekt realizuje medziinštitucionálny tím pod vedením prof. S. M. Zakiyan. Špecialisti v Novosibirsku vyvinuli technológie na zavedenie mutácií do kultivovaných ľudských buniek, výsledkom čoho sú bunkové modely chorôb, ako je amyotrofická laterálna skleróza, Alzheimerova choroba, spinálna svalová atrofia, syndróm dlhého QT intervalu a hypertrofická kardiomyopatia.
Vývoj metód výroby z konvenčných somatických buniek pluripotentný kmeň, schopný premeniť sa na akúkoľvek bunku dospelého organizmu, viedol k vzniku bunkového inžinierstva, ktoré umožňuje obnoviť poškodené štruktúry tela. Technológie na výrobu trojrozmerných štruktúr pre bunkové a tkanivové inžinierstvo založené na biodegradovateľných polyméroch sa vyvíjajú prekvapivo rýchlo: cievne protézy, trojrozmerné matrice na pestovanie chrupavkového tkaniva a vytváranie umelých orgánov.
Takto pomenovaní špecialisti z ICBFM SB RAS a National Medical Research Center. E. N. Meshalkina (Novosibirsk) vyvinula technológiu na vytváranie protetických ciev a srdcových chlopní pomocou elektrostatické zvlákňovanie. Pomocou tejto technológie možno z polymérneho roztoku získať vlákna s hrúbkou od desiatok nanometrov po niekoľko mikrónov. Na základe série experimentov bolo možné vybrať produkty s vynikajúcimi fyzikálnymi vlastnosťami, ktoré teraz úspešne prechádzajú predklinickým testovaním. Vzhľadom na ich vysokú bio- a hemokompatibilitu sú takéto protézy nakoniec nahradené vlastnými tkanivami tela.
Mikrobióm ako objekt a predmet terapie
K dnešnému dňu boli genómy mnohých mikroorganizmov, ktoré infikujú ľudí, dobre študované a dešifrované. Výskum prebieha aj na komplexných mikrobiologických spoločenstvách, ktoré sú neustále spájané s ľuďmi – mikrobiómy.
Do tejto oblasti výskumu významne prispeli aj domáci vedci. Špecialisti Štátneho vedeckého centra pre virológiu a biochémiu „Vector“ (Koltsovo, región Novosibirsk) teda ako prví na svete rozlúštili genómy vírusov Marburg a kiahní a vedci z Ústavu chemickej biológie a mikrobiológie Sibírska pobočka Ruskej akadémie vied rozlúštila genómy vírusu kliešťovej encefalitídy, pôvodcu kliešťovej boreliózy, bežnej v Ruskej federácii. Skúmali sa aj mikrobiálne spoločenstvá spojené s rôznymi druhmi kliešťov nebezpečných pre ľudí.
Vo vyspelých krajinách sa dnes aktívne pracuje na vytváraní prostriedkov na reguláciu mikrobiómu ľudského tela, predovšetkým jeho tráviaceho traktu. Ako sa ukazuje, zloženie črevného mikrobiómu vo veľkej miere ovplyvňuje zdravotný stav. Metódy na ovplyvnenie mikrobiómu už existujú: napríklad jeho obohatenie o nové terapeutické baktérie, pomocou probiotiká, ktoré podporujú množenie prospešných baktérií, ako aj príjem bakteriofágov (bakteriálnych vírusov), ktoré selektívne zabíjajú „škodlivé“ mikroorganizmy.
Nedávno sa na celom svete zintenzívnila práca na vytvorení terapií založených na bakteriofágoch kvôli problému šírenia baktérií odolných voči liekom. Rusko je jednou z mála krajín, kde je povolené používanie bakteriofágov v medicíne. V Ruskej federácii existuje priemyselná výroba liekov vyvinutá už v sovietskych časoch a na získanie účinnejších bakteriofágov je potrebné ich zlepšiť a tento problém sa dá vyriešiť metódami syntetickej biológie.
Rieši sa vo viacerých výskumných organizáciách Ruskej federácie vrátane ICBFM SB RAS. Ústav charakterizoval fágové preparáty priemyselne vyrábané v Ruskej federácii, dešifroval genómy množstva bakteriofágov a vytvoril z nich kolekciu, ktorá obsahuje unikátne vírusy perspektívne pre použitie v medicíne. Klinika ústavu pracuje na mechanizmoch poskytovania personalizovanej starostlivosti pacientom trpiacim bakteriálnymi infekciami spôsobenými mikroorganizmami odolnými voči liekom. Posledne menované vznikajú pri liečbe diabetickej nohy, ako aj v dôsledku preležanín či pooperačných komplikácií. Vyvíjajú sa aj metódy korekcie porúch v zložení ľudského mikrobiómu.
Úplne nové možnosti využitia vírusov sa otvárajú v súvislosti s vytváraním technológií na získanie inteligentných systémov s vysoko selektívnym pôsobením na určité bunky. Hovoríme o onkolytické vírusy schopné infikovať iba nádorové bunky. Niekoľko takýchto vírusov sa už experimentálne používa v Číne a Spojených štátoch. Práca v tejto oblasti sa vykonáva aj v Rusku za účasti odborníkov z výskumných organizácií z Moskvy a Novosibirska: IMB RAS, SSC VB „Vector“, Štátna univerzita v Novosibirsku a ICBFM SB RAS.
Rýchly rozvoj syntetickej biológie dáva dôvod očakávať v najbližších rokoch dôležité objavy a vznik nových biomedicínskych technológií, ktoré zachránia ľudstvo pred mnohými problémami a umožnia skutočne riadiť zdravie a nielen liečiť dedičné a „získané“ choroby.
Rozsah výskumu v tejto oblasti je mimoriadne široký. Už dostupné gadgety nie sú len hračky, ale skutočne užitočné zariadenia, ktoré denne poskytujú človeku informácie potrebné na kontrolu a udržiavanie zdravia. Nové technológie pre rýchle hĺbkové vyšetrenie umožňujú predpovedať alebo včas odhaliť vývoj choroby a personalizované lieky založené na „inteligentných“ informačných biopolyméroch radikálne vyriešia problémy boja proti infekčným a genetickým chorobám vo veľmi blízkej budúcnosti.
Literatúra
Bryzgunova O. E., Laktionov P. P. Extracelulárne nukleové kyseliny v moči: zdroje, zloženie, použitie v diagnostike // Acta Naturae. 2015. T. 7. č. 3(26). s. 54-60.
Vlasov V.V., ďalšie dve mená atď Doplnkové k zdrav. Minulosť, súčasnosť a budúcnosť antisense technológií // VEDA z prvej ruky. 2014. T. 55. Číslo 1. S. 38-49.
Vlasov V.V., Vorobiev P.E., Pyshny D.V a kol. Pravda o fágovej terapii alebo pripomienka lekárovi a pacientovi // VEDA z prvej ruky. 2016. T. 70. Číslo 4. S. 58-65.
Vlasov V.V., Zakiyan S.M., Medvedev S.P. „Editori genómu“. Od „zinkových prstov“ po CRISPR // VEDA z prvej ruky. 2014. T. 56. Číslo 2. S. 44-53.
Lifshits G.I., Slepukhina A.A., Subbotovskaya A.I. a kol. Meranie parametrov hemostázy: prístrojové vybavenie a perspektívy vývoja // Lekárska technológia. 2016. T. 298. Číslo 4. S. 48-52.
Richter V. A. Ľudské mlieko je zdrojom potenciálneho lieku na rakovinu // VEDA z prvej ruky. 2013. T. 52. Číslo 4. S. 26-31.
Kupryushkin M. S., Pyshnyi D. V., Stetsenko D. A. Fosforylguanidíny: nový typ analógov nukleových kyselín // Acta Naturae. 2014. V. 6. č. 4(23). S. 116-118.
Nasedkina T. V., Guseva N. A., Gra O. A. a kol. Diagnostické mikročipy v hematologickej onkológii: aplikácie polí s vysokou a nízkou hustotou // Mol Diagn Ther. 2009. V. 13. N. 2. S. 91-102.
Ponomaryová A. A., Morozkin E. S., Ryková E. Y. a kol. Dynamické zmeny hladín cirkulujúcej miRNA v reakcii na protinádorovú terapiu rakoviny pľúc // Experimentálny výskum pľúc. 2016. V. 42 N. 2. S. 95-102.
Vorobyeva M., Vorobjev P. a Venyaminova A. Multivalentné aptaméry: všestranné nástroje na diagnostické a terapeutické aplikácie // Molekuly. 2016. V. 21 N. 12. S. 1612-1633.
