Маллигэн разработал, по-видимому, безопасный и эффективный способ достичь этой цели. В течение нескольких лет он изучал ретровирусы. Возникла идея перестроить их таким образом, чтобы они служили однократными посыльными или, как говорят, векторами, транспортирующими гены в клетки.

Маллигэн и Индер Верма, молекулярный биолог, также работающий над проблемой АДА, рассуждали так: поскольку ретровирусы естественным путем внедряют свои гены в клетки, можно попытаться заставить их проделать то же самое с чужимы генами. С этой целью они «сшили» человеческий и вирусный гены и заразили ими клетки в культуре. Задачей ученых было создать новый вид ретровирусов, которые могли бы переносить ген в клетки человека, но при этом были бы прочно заперты в них.

Группа Маллигэна взялась за эту непростую задачу. Каждый из них по отдельности уже неспособен порождать новые вирусы. Для этого из’ одного вируса они удалили гены, ответственные за создание белковой оболочки, необходимой ему, чтобы проникнуть в клетки, и заменили их нужным чужим геном. Из другого, так называемого вируса-помощника, они удалили последовательность генов, которая дает «сигнал» белковой оболочке обернуться вокруг вирусной РНК и образовать новый вирус. Когда оба таких «вируса калеки» вводятся в клетки культуры, вирус-помощник обеспечивает всю необходимую работу по «упаковке» и внедрению в клетку комбинированного вируса, однако сам внедриться в клетку не может. Вектор – нечто подобное мулу в мире вирусов: он может внедриться в клетку, но, будучи внутри, не может воспроизводиться, поскольку в его РНК отсутствуют необходимые инструкции для этого. Он оказывается навсегда заключенным в клеточной ДНК.

(далее…)

«Лекарства и все другие средства, которые мы используем сегодня, – паллиативные меры. Они позволяют устранить симптомы, но не излечить саму болезнь, – объясняет Ф. Андерсон из Национального института здравоохранения, чья группа среди прочих работает над этой проблемой. – Единственный способ победить болезнь, если она вызвана дефектным геном, – исправить дефект».

Существует несколько генетических заболеваний – такие, как болезнь Альцгеймера и некоторые виды рака, – которые могут воз – • Айкать, если не один, а несколько генов «собьются с пути». Не вызывает сомнения, что такие болезни будут неподвластны генной терапии еще многие годы. Первые попытки будут нацелены на некоторых из 1600 генетических заболеваний, вызванных нарушением Только в одном из около 100 000 генов, упакованных в каждой из наших клеток. Среди этих болезней – цистный фибриоз, мышечная дистрофия, гемофилия, болезнь Хантингтона, а также уже упоминавшиеся АДА и синдром Леш-Нихена. Дефектные гены, вызывающие последние две болезни, уже «идентифицированы, и их нормальные копии могут быть клонированы лабораторным путем.

(далее…)

Лечение генных болезней введением пациенту нормальных генов выглядит обманчиво простым. Фактически же генная терапия – столь изощренная процедура, что только горстка научных коллек» тивов в мире обладает достаточными знаниями и опытом, чтобы лишь рассматривать возможность такой попытки. Одно из самых больших препятствий – найти способ внедрить гены в клетку.

Шесть лет назад первая попытка генной терапии закончилась неудачно. Мартин Клайн попытался химическим путем трансплантировать созданные в лаборатории гены в клетки костного мозга двум женщинам •- больным анемией Кули (болезнь крови). Пациентки не излечились, хотя побочных эффектов от лечения не было. Однако Клайн подвергся критике научных кругов за Проведение, как впоследствии было доказано, преждевременного эксперимента.

Сейчас в США несколько групп занимаются проблемой генной терапии. Все они, как правило, состоят из представителей ученых разных специальностей: клиницистов, молекулярных биологов и оио-химиков, часто представляющих различные институты, поскольку ни одна отдельная лаборатория не имеет достаточного опыта, чтобы; разработать целиком подход к лечению генетических заболевании. Их приверженность сложному делу исходит из четкого осознания, того, что современная медицина позволяет лечить лишь небольшое число из более чем 3 000 известных генетических заболевании,

В недалеком будущем, возможно, уже в этом году терапевт в одной из американских клиник проведет смелый и хитроумный эксперимент. Он введет иглу шприца в тазовую кость пациента, страдающего неизлечимой наследственной болезнью. Когда игла достигнет костного мозга, врач извлечет столовую ложку клеток этого густого вещества, заполняющего внутреннюю полость кости. В лаборатории клиники он заразит эти клетки искусственными вирусами, которые «перекроены» таким образом, что их РНК содержит сконструированный в лаборатории недостающий у больного ген.

Болезнь, которую попробуют вылечить таким способом, вероятно, будет одной из двух редких наследственных заболеваний – дефицит аденозиндезаминазы (АДА) или синдром Леш-Нихена, За этими названиями скрываются суровые недуги: АДА так угнетает иммунную систему человека, что обычная простуда может стать для него причиной смерти.

Американский мальчик Дэвид, проведший большую часть своей 12-летней жизни в герметичном пластиковом скафандре, страдал именно этим заболеванием. Дети мужского пола, жертвы синдрома Леш-Нихена (редкой формы мозгового паралича) часто страдают почками, подагрой, артритами, замедленным умственным развитием, у них неконтролируемые позывы калечить самих себя.

(далее…)

Австралийские ученые впервые в мире создали «трансгенную» овцу, введя в эмбрион ген, ответственный за производство гормона роста овец. Это событие – большой шаг вперед на пути к созданию более крупных быстрорастущих животных, оно позволяет также сократить время улучшения пород скота. Ученые утверждают, что скоро станет возможным трансплантировать и некоторые другие гены, чтобы ускорить рост шерсти, увеличить сопротивляемость заболеваниям овец, а также распространить эту методику на крупный рогатый скот.

Ген гормона роста овец ввели в эмбрион, когда он состоял из одной клетки. Затем эту клетку имплантировали другой овце, которая и выносила ягненка. Ягненок с геном гормона роста появился на свет в апреле этого года. Должно пройти еще шесть недель, прежде чем ученые наверняка узнают, будет ли дополнительный ген производить гормон, однако Тревор Скотт, руководитель отделения Животноводства крупнейшей австралийской исследовательской организации ЦСИРО, надеется на успех. Лабораторные исследования показали, по словам Скотта, что новые гены внедрились в клетки «трансгенной» овцы. Примерно через пять недель ей введут небольшую дозу цинка (который «включит» ген, активируя регуляторную последовательность оснований ДНК), чтобы началось дополнительное производство гормона роста.

(далее…)

Применение ферментов многообещающе не только в крупнотоннажном производстве пищевых продуктов и лекарственных средств. Совершенно уникальные возможности открываются в аналитической химии, в частности при разработке методов контроля окружающей среды ив медицинском анализе. Очень удобные, высокочувствительные и абсолютно селективные датчики на основе; иммобилизованных ферментов и автоматизированные ферменты системы контроля производят буквально; революцию в этой области.

Развитие биоэлектрокатализа приведет к разработке. эффективных энергетических систем. Пока почти не исследованы перспективы развития биоэлектрокаталитического синтеза, но и здесь следует ожидать успешного применения ферментов.

(далее…)

Напомним важнейшие преимущества энзимологических процессов по сравнению с процессами химической технологии. Если для последних требуются высокие давления и температуры, очень кислые или сильно щелочные среды, то ферментативные процессы идут при нормальном давлении, температурах, не превышающих 60-70° С, и в нейтральном водном растворе. В отличие от химических катализаторов ферментам присуща исключительная селективность. Возможность осуществлять строго определенное химическое превращение, не затрагивая других участков молекулы и посторонних компонентов реакционной смеси, дает {большие преимущества с точки зрения выхода и чистоты іцелевого продукта! ;

Производство ферментов значительно возросло в последние годы и сохраняет устойчивую тенденцию к дальнейшему росту. За период с 1965 по 1980 г. ферментная промышленность в ведущих капиталистических странах увеличивала объем производства на 5-15% в год. В 1980 г. было получено ферментных препаратов на сумму (в млн. долл.): в США – ПО, в Западной Европе – 100, в Японии – 60. За тот же период объем производства ферментных препаратов в СССР увеличился в 57 раз. В 1980 г. в ведущих капиталистических странах было выпущено (в тоннах): бактериальной протеазы 500, аминоглюкозидазы – 300, амилазы – 300, глюкозоизомеразы ;- 50 и т. д.

(далее…)

Можно сформулировать требования, которым должен отвечать новый биотехнологический процесс, способствующий его быстрому внедрению в производство:

1) получение продукта должно быть трудно осуществимо химическими-или микробиологическими методами;

2) продукт должен быть по возможности новым для промышленного производства; 3) стоимость фермента и иммобилизации должна быть не слишком высокой; 4) фермент должен обладать высокой термостабильностью; 5) процесс должен быть высокоэффективным, т. е. давать максимально высокий выход продукта,

(далее…)

Из всех рассмотренных нами процессов с использованием иммобилизованных ферментов только (точнее, уже) семь внедрены в крупномасштабное производство. Напомним их: 1) получение глюкозо-фруктозного сиропа с использованием глюкозоизомеразы; 2) разделений рацематов аминокислот с помощью аминоацилазы; 3) синтез L-аспарагиновой кислоты с использованием клеток, содержащих аспартазу; 4) синтез L-яблочнои кислоты с использованием клеток, содержащих фума-4разу; 5) получение 6-АПК и 7-АДЦК с помощью пенициллинамидазы; 6) получение безлактозного молока с помощью лактазы и 7) гидролиз лактозы в молочной сыворотке также с помощью лактазы.

Факторы, способствующие либо мешающие внедрению биотехнологического процесса, особенно ярки при сопоставлении процессов получения глюкозо-фруктозного сиропа и глюкозы гидролизом олигосахаридов, полученных из крахмала под действием глюкоамилазы (см. главу «Превращения углеводов»). Первый из них – самый крупнотоннажный процесс в области инженерной энзимологии с объемом производства свыше 2 млн. т в год. Второй – давно находится на стадии создания пилотных установок, но так и не смог пока выйти на уровень промышленного производства. Это вызвано следующими причинами. Во-первых, глюкозо-фруктозный сироп, а также чистая фруктоза – новый продукт, никогда не производившийся до разработки биотехнологического процесса. Поэтому у него не было конкурентов со стороны уже существующих процессов. Это не удивительно, так как одностадийное превращение глюкозы во фруктозу неферментативным путем невозможно. Глюкозу же, напротив, давно производят в больших количествах, ее промышленная технология хорошо отработана. Во-вторых, хотя глюкозоизомераза более дорогой фермент, чем глюкоамилаза, она обладает важным преимуществом – высокой термостабильностью. Так, при 60- 70° С (температура, необходимая для предотвращения микробного заражения реактора) глюкозоизомераза теряет половину начальной активности за 50 дней, а глюкоамилаза – за 3-5 дней. В-третьих, конверсия близка к 100% от теоретической в случае глюкозоизомеразы, но составляет только 90-95% для глюкоамилазы.

Расходование коферментов в ходе реакции создает еще одну проблему – регенерацию кофакторов. Мы уже рассматривали пути регенерации АТФ и НАД-Н. Очевидное неудобство этих путей состоит в необходимости тратить дополнительный реагент для регенерации, что приводит к удорожанию, целевого продукта.

Поэтому особенно перспективны такие процессы, где удается сопрячь последовательные реакции, приводящие к регенерации кофермента в ходе получения одного целевого продукта. Такой процесс предложен для получения аланина из молочной кислоты.

Наконец, последняя область инженерной энзимологии, о которой мы должны упомянуть – применение ферментов в медицине. Это устранение дефицита некоторых ферментов в организме с целью компенсации функциональной недостаточности; удаление уже отмерших денатурированных структур под действием главным образом гидролитических ферментов, лизис тромбов и детоксикация организма.

(далее…)