Фарминг для фармацевтических препаратов

Фарминг: это не просто еще одно слово с ошибкой! Термин «фарминг» происходит от сочетания слов «фермерство» и «фармацевтика». Это сочетание самых простых методов ведения сельского хозяйства с самыми передовыми биотехнологиями.
Генная фармация — это технология, которую ученые используют для изменения собственной ДНК животного или для встраивания новой ДНК, называемой трансгеном, из другого вида. В фармацевтике эти генетически модифицированные (трансгенные) животные используются в основном для производства белков человека, имеющих лечебную ценность. Белок, кодируемый трансгеном, секретируется в молоко, яйца или кровь животного, а затем собирается и очищается. Домашний скот, такой как крупный рогатый скот, овцы, козы, куры, кролики и свиньи, уже был модифицирован таким образом, чтобы производить несколько полезных белков и лекарств.

Создание целого трансгенного животного с одним и тем же новым фрагментом ДНК, включенным в каждую отдельную клетку, может показаться трудным делом. На самом деле это довольно просто, потому что каждое животное начинается с одной клетки, которая снова и снова делится, образуя целый организм. Чтобы убедиться, что каждая клетка животного содержит один и тот же новый фрагмент ДНК, все, что нужно сделать ученому, — это добавить ДНК в одну клетку (например, в оплодотворенную яйцеклетку) до того, как она начнет делиться. Это можно сделать путем микроинъекции клетки очень тонкой иглой. (Посмотрите анимацию, чтобы увидеть, как это делается.)
Введенным эмбрионам дают развиваться в течение короткого времени, а затем проверяют, какие из них имеют трансген. Те, что есть, помещаются в матку суррогатной матери для развития. Успешное трансгенное животное будет производить желаемый белок без ущерба для собственного здоровья и передавать эту способность своему потомству. Дополнительные животные могут быть получены либо путем обычного разведения, либо путем клонирования.

Первыми успешными продуктами генной инженерии были белковые препараты, такие как инсулин, используемый для лечения диабета, и гормон роста. Эти белки производятся в больших количествах генетически модифицированными бактериями или дрожжами, которые выращиваются в больших «биореакторах». Некоторые лекарства также производятся из трансгенных растений, таких как табак.
Некоторые человеческие белки, которые используются в качестве лекарств, требуют биологических модификаций, которые могут обеспечить только клетки млекопитающих, таких как коровы, козы и овцы. Производство этих препаратов на трансгенных животных является хорошим вариантом. Использование сельскохозяйственных животных для производства лекарств имеет много преимуществ, поскольку они воспроизводимы, имеют гибкое производство и легко обслуживаются. У них также есть отличный способ доставки: просто доите их.
Просто доить их?
Конечно. Это почти лучший способ восстановить большое количество белка, кодируемого трансгеном. Что еще более важно, поскольку молочная железа и молоко не являются частью основных систем жизнеобеспечения, существует небольшой риск причинения вреда животному, производящему трансгенный белок.
Задача состоит в том, чтобы получить новый трансген, экспрессируемый только в молоке. Для этого ученые соединяют ген белкового препарата с ДНК-переключателем, называемым промотором, который включается только в молочной железе. Таким образом, трансген, хотя и присутствует в каждой клетке животного, активен только там, где вырабатывается молоко. Некоторыми примерами лекарств, которые в настоящее время проходят испытания, являются антитромбин III и активатор тканевого плазминогена для лечения тромбов, эритропоэтин для лечения анемии, факторы свертывания крови VIII и IX для лечения гемофилии и альфа-1-антитрипсин для лечения эмфиземы и кистозного фиброза.
Человек-паук 2: Козел-паук?
Звучит как продолжение «Человека-паука: фильм» — Козел-паук! Хорошо, может быть, нет, но это очень интересное применение трансгеников. Драглайн из паучьего шелка считается самым прочным из известных материалов; он в 5 раз прочнее стали и в два раза прочнее кевлара. Люди действительно пытались создать «паучьи фермы» для сбора шелка, но пауки слишком агрессивны и территориальны, чтобы жить близко друг к другу. Они также любят есть друг друга.
Хотя гены шелка драглайна были выделены несколько лет назад, попытки получить его в культуре клеток бактерий и млекопитающих потерпели неудачу. Однако когда гены были помещены в козу и экспрессированы в молочных железах, животное производило белки шелка в своем молоке, которые можно было сплести в тонкую нить со всеми свойствами шелка, сделанного пауками. Этот материал можно использовать для изготовления более легких и прочных пуленепробиваемых жилетов, более тонкой нити для хирургии, а также швов или неразрушимой одежды.

Как и другие формы исследований на животных, фарминг может причинить страдания и вред вовлеченным животным. Из-за несколько случайного характера вставки генов в микроинъецированную ДНК гены не всегда экспрессируются в соответствующих тканях или на соответствующих уровнях. Возможно, что трансген будет активирован в других местах, кроме молочной железы, и полученный белок может быть токсичным для животного.
Кроме того, существует вероятность того, что трансгенная ДНК при микроинъекции в оплодотворенную яйцеклетку может встроиться в геном таким образом, что нарушит нормальную функцию генов животного. Если это произойдет, это может привести к врожденным дефектам, плохому развитию мозга, раку, артриту, диабету или другим проблемам со здоровьем.
Чтобы попытаться избежать этих случайных эффектов, ученые используют вирусы для определения того, где в геноме вставлены гены. Тип вируса, называемый «ретровирусом», встраивает свой генетический материал в геном клетки предсказуемым образом, нацеливаясь на определенные последовательности, которые обычно не нарушают нормальные функции клетки.
Ретровирусный подход приводит к меньшему количеству проблем с развитием, но он вызывает опасения по поводу возможности создания и распространения новых вирусов, когда вирусные компоненты трансгена объединяются с естественными вирусами, которые могут присутствовать в организме. Альтернативой ретровирусам является разработка более мощных методов скрининга, чтобы определить, правильно ли функционирует трансген в эмбрионе, прежде чем он будет имплантирован в матку.
Еще одной проблемой является количество неудачных попыток получить приемлемое трансгенное животное. Как правило, только 1% инъецированных яйцеклеток приводит к живорождению, содержащему трансген, и не все эти животные будут экспрессировать трансген приемлемым образом. Для многих высокая стоимость как жизней животных, так и денег, связанных с созданием трансгенного животного, не стоит возможных выгод. Однако другие считают, что стоимость оправдана человеческими жизнями, которые можно было бы спасти с помощью произведенных лекарств.
Некоторые белки, которые в настоящее время фармируются, могут быть получены из донорской крови человека. Однако потребности намного превышают предложение, и существует также возможность нежелательного загрязнения любых продуктов, полученных из человеческой крови. Каждый случай необходимо взвешивать отдельно, чтобы сравнить преимущества и риски. Например, в случае с козлом-пауком паучий шелк заменит многие распространенные продукты на основе нефти, для производства которых требуются токсичные химические вещества.