Наука - Таблетки на грядке

Наука - Таблетки на грядке

Силы искусственной природы
Генетически модифицированные растения помогут накормить голодных и вылечить больных. Они также способны спасти от вырубки тайгу и даже обезвреживать мины.

Вначале были микробы

Манифестом биотехнологической революции стала статья Стенли Коэна и Герберта Бойера в «Докладах национальной академии наук США» (1973) об успешном переносе человеческого гена в плазмиду кишечной палочки. Сразу же после этого (всем бы революционерам такое здравомыслие!) они в одностороннем порядке объявили мораторий на свои исследования и призвали присоединиться к нему своих коллег. Вскоре в многочисленных международных и национальных нормативных актах были утверждены (и до сих пор продолжают совершенствоваться) правила работы с рекомбинантными организмами.

А собственно революция произошла 15 октября 1980 года, на следующий день после того, как компания Genentech получила последний из необходимых сертификатов на производство человеческого инсулина. Через двадцать минут после начала торгов на Нью-Йоркской фондовой бирже акции компании подорожали в два с лишним раза. Коэн и президент фирмы Роберт Суонсон, которые за несколько лет до этого скинулись по $500 на организацию фирмы, в одночасье стали миллионерами. С помощью трансгенных бактерий сейчас производят сотни лекарственных веществ. Зачем и какие? Вот несколько примеров. В работе иммунной системы важную роль играют интерфероны. Помогают они и при банальном ОРЗ, и при таких тяжелых болезнях, как рак или рассеянный склероз, который, кстати, к рассеянности не имеет никакого отношения. При этом заболевании собственная иммунная система начинает атаковать клетки нейроглии, играющие роль изоляторов в нервной системе, и из-за коротких замыканий между нейронами больной теряет координацию движений, слепнет и в конце концов умирает.

Чтобы обеспечить хотя бы самых тяжелых больных натуральными человеческими интерферонами, всему населению Земли пришлось бы стать почетными донорами. А чтобы вылечить всех лилипутов, у которых нарушен синтез гормона роста, пришлось бы переработать гипофизы всех поступающих в морги трупов. Другого источника в природе нет.

Активный и пассивный

Может быть, вам никогда не придется столкнуться с гормонами и десятками человеческих белков, полученных генноинженерными методами, которые применяют при самых различных заболеваниях. А вот с вакцинами каждый из нас встречается еще в роддоме. Вакцинацией называют два совершенно разных по механизму способа воздействия на иммунитет.

Для профилактики инфекционных заболеваний в организм вводят ослабленные или убитые бактерии или вирусы. Главное – убить их настолько, чтобы они не могли вызвать болезнь, но сохранить неповрежденными белки на их поверхности. Иммунная система человека или животного вырабатывает антитела – белковые глобулы из четырех субъединиц, активная часть которых совпадает с молекулой антигена, как замок с ключом, и при следующем контакте с уже знакомым антигеном иммунный ответ развивается быстро и интенсивно. Это – активная иммунизация. Если зараза уже проникла в организм, применяют пассивную иммунизацию. Для этого лошадям вкалывают лошадиные дозы вируса менингита или энцефалита, дифтерийной или столбнячной палочки и т.д. Из лошадиной крови извлекают антитела, вводят их в кровь больного, а там они присоединяются к молекулам токсина или к белкам на поверхности соответствующей бактерии и вируса и меняют свою конфигурацию. На клетки иммунной системы это действует так же, как на овчарку команда «фас!». Главный минус традиционных способов получения вакцин – то, что для этого приходится в больших количествах выращивать возбудителей особо опасных инфекций. Но ведь и специфические для каждого микроба или вируса антигены, и антитела – это белки, а последовательность аминокислот в них определяется генами.

Гладко было на бумаге

Выделить ген нужного белка и ввести его в бактериальную плазмиду – это даже не полдела. В лучшем случае бактерия будет синтезировать просто цепочку аминокислот. Из полуфабриката необходимо удалить лишние участки, сложить молекулу в трехмерную структуру, соединяя входящие в состав аминокислот атомы серы сульфгидрильными связями, присоединить к аминокислотам сахарный остаток (это называется гликозилированием) и выполнить фосфорилирование, ацетилирование, гамма-карбоксилирование и так далее. Для этих трансформаций необходимы десятки ферментов, которых нет в бактериальной клетке.

Чаще всего трансгенные бактерии выполняют только начальные этапы синтеза белков, а остальное приходится делать методами обычного химического синтеза или с помощью ферментов, полученных в соседнем биореакторе. Многие лекарственные белки синтезируют с помощью дрожжей – это организмы хоть и одноклеточные, но, как и мы с вами, эукариотические. В отличие от бактерий, хромосомы у дрожжей линейные, а не кольцевые и находятся в ядре, а не в цитоплазме. И биохимия у всех прокариот примерно одинаковая. И искусственные хромосомы дрожжей – такой же привычный инструмент генетиков, как бактериальные плазмиды. Но генетически модифицированные дрожжи, синтезирующие чужой и ненужный им белок, намного капризнее, чем те, которые используют при изготовлении хлеба или пива. А современный биореактор намного сложнее своего прототипа – бидона с бражкой. И выстраданный годами трудов штамм в любой момент может мутировать, заразиться посторонней микрофлорой или погибнуть из-за малейшего отклонения условий в ферментере от оптимального.

Съел, и порядок

А ведь в хромосомы растений тоже можно внедрить нужный ген. И системы ферментов, которые примут чужой белок за родной и начнут его сульфатировать-миристилировать, у нас с вами и у растений часто одни и те же. А главное – для получения биомассы растений не надо ни сложного оборудования, ни квалифицированного персонала, который его обслуживает.

Первые растения табака и картофеля, продуцирующие поверхностный антиген вируса гепатита, вырастили в начале 1990-х. Сейчас на разных стадиях клинических испытаний находятся десятки растительных вакцин – от того же гепатита, СПИДа, бешенства, холеры, диареи путешественников и других болезней, в том числе антитела к главному врагу рода человеческого по имени Streptococcus mutants, который вызывает кариес. А новые растения-вакцины появляются чуть ли не каждую неделю. Создана даже кукуруза, в которой синтезируются антитела… к белкам сперматозоидов!

Если немного подумать – какая разница нам, пациентам, как получили то, что нам колют в прививочном кабинете? Тем более что стОят такие вакцины не дешевле обычных. А если подумать еще немного? Тогда можно обойтись без уколов!

Белок-антиген из трансгенных помидоров, бананов, морковки и других съедобных в сыром виде овощей и фруктов не надо выделять в чистом виде. Съедобные вакцины не нужно хранить в холодильнике. Для их применения не нужен ни врач, ни даже медсестра. Все это особенно важно для бедных стран с жарким климатом. Конечно, бесконтрольно объедаться лечебно-профилактическими бананами не следует, и лучше всего выпускать съедобные вакцины в виде сублимированных соков. Это и недорого, и обеспечит идеальные условия хранения и дозировку.

Школа защиты

Кроме того, если вакцину вводить с помощью инъекции, она хорошо стимулирует только системный иммунитет, обеспечивающий защиту от тех микробов и вирусов, которые уже проникли в кровь и внутренние органы. А если белок-антиген, даже частично разрушенный пищеварительными ферментами, контактирует с клетками слизистой оболочки кишечника, это активирует и общий иммунитет, и мукозный (лат. mucus – слизь). Он работает именно в тех местах, через которые чаще всего проникает инфекция – в слизистых оболочках, покрывающих органы пищеварительной, дыхательной, мочеполовой систем.

В кишечнике чужеродный белок распознают специальные М-клетки. Они переносят белок к перитонеальным (внутрибрюшинным) макрофагам – амебоподобным клеткам, которые ловят и переваривают все чужеродное. Часть М-клеток мигрирует в лимфоидные образования тонкого кишечника (пейеровы бляшки). Это учебный класс, в котором ждут инструкций так называемые наивные (ни на кого не натасканные) В-лимфоциты, только что выпущенные из начальной школы – селезенки. «Инструкторы» – T-лимфоциты-хелперы, обнаружив новый антиген, дают В-клеткам обнюхать его, и те, потеряв наивность, перемещаются в кровь, а оттуда – в лимфатические узлы. Там В-лимфоциты превращаются в плазматические клетки, синтезирующие специфические к антигену антитела. Плазматические клетки циркулируют в крови, обеспечивая системный иммунитет. А попадая в слизистые оболочки, они выделяют на поверхность иммуноглобулины IgA, которые связываются с тем антигеном, с которого все началось, и не дают вирусу или микробу проникнуть в ткани.

Впрочем, лекарственные белки могут синтезировать не только растения. О козах с человеческим молоком, курицах с золотыми яйцами, коровах, от которых не подхватишь коровьего бешенства, и заодно о зеленых мышках и светящихся рыбках – читайте в следующей статье.