Биопрепараттар мен вакциналардың сапасына қойылатын

Бір гормондар өздерінің  химиялық табиғатына байланысты ақуыздарға жатады (асқазан асты безінің гормоны, гипофиз), екіншілері май тәрізді  заттар – стероидтарға, үшіншілері ақуыз ыдырауының жай өнімдері тәрізді  болады (бүйрек үсті безінің милы гормоны, қалқанша безінің белсенді бөлігі).

Классикалық тұқым қуалайтын  аурулар ағзаның барлық жасушаларында  бар гендердің дефектімен сипатталады. Бұл дефект патологияға әкеледі. Диабетке әкелетін инсулин геннің зақымдануы нағыз тұқым қуалайтын ауру болып  табылады. Ал қалған жағдайларда бұл  аурудың инсулин гені бұзылмаған. Бірақ ол асқазан асты бездерінің В-жасушаларында қызмет атқарады. Ал қалған барлық жасушаларда көптеген басқарулардан іске қосылмаған. Адам инсулин жеткіліксіздігінен өліп кетсе, реттеушілік жасушада бірде–бір  инсулин генінің қосылуына жол  бермейді. Сондықтан қант диабетімен ауыратындарды емдеу үшін жасанды  түрде енгізілетін инсулин ұсынылған.  

Денсаулық сақтау тәжірибе үшін инсулин алудың екі әдісі. Диабетті емдеу үшін керек инсулинді алғашқы кезде сойылған жануарлардың асқазан асты безі жасушаларынан алған, сол себепті оның бағасы өте қымбат болған. Жануардың инсулині өзінің аминқышқыл реттілігімен адам инсулинімен бірдей емес, сондықтан ол кейбір адамдарға әсер етпейді, тіпті адам оны көтере алмауы мүмкін. Инсулиннің жоғары бағасы мен шектеулі ресурсы оның терапевтік кең масштабта қолданылуын тежеді. 100 г кристаллды инсулин алу үшін 800-1000 кг асқазан асты бездері қажет, ал сиырдың бір безі 200-250 г болады. Бұл инсулинді диабетиктер үшін қымбат және қол жеткізуге қиын етті.

Инсулиннің жетіспеушілігімен  байланысты және оны қолдану қажеттілігінен қант диабетімен ауыратындар үшін шошқа  инсулинін адам инсулиніне айналдыру  мүмкіншіліктері қарастырылды. Химиялық модификация жолымен жануар инсулинін  адамдікінен еш айырмашылықсыз етілді, бірақ бұл өнімнің қымбаттауына әкеп соқты.

Адамның генді-инженерлік инсулинінің алынуы. Соңғы уақытта микробиологиялық синтез көмегімен гормональды стероидтық препараттарды алу әдістері жасалынған. 1978 жылы «Генентек» компаниясының штамында құрастырылған инсулинді алды. Инсулин ұзындығы 20 және 30 аминқышқылдай 2 полипептид тізбегінен тұрады. Олардың дисульфидті байланыспен қосылуы кезінде нативті екі тізбекті инсулин пайда болады. Ол өзінде E.Coli ақуыздарын, эндотоксин және басқа қосылыстарды құрамайтындығы, жануар инсулині ретінде кері әсер бермейтіндігі, алайда биологиялық активтілігінде айырмашылығы болмайтынын көрсетілген.

Ақырында, E.сoli жасушаларында проинсулин синтезі жүргізілді. Ол үшін РНҚ матрицасында кері транскриптаза көмегімен ДНҚ- көшірмесін синтездеген. Алынған проинсулинді тазартудан кейін оны ерітіп, нативті инсулин алды және осы кезде экстрация және гормон бөлу этаптары минимумға теңгерілді. 1000 л өсінді сұйықтықтан 200 г гормон алуға болады. Бұл шошқа немесе сиырдың 1600 кг асқазан асты безінен бөлінетін инсулин мөлшеріне эквивалентті.

1982 ж бастап Eli Lilly компаниясы А және В тізбегінің ішке таяқшасы мен бөлек синтез негізінде геннді-инженерлік инсулин шығарады. Өнім бағасы төмендейді. Алынатын инсулин кері әсерін бермейді, себебі гендік микроорганизмде адам гормонын синтезін кодтайтын ген орналастырған. Бұрын 1 г инсулин алу үшін 8 кг асқазан асты безі қажет болатын, ал қазір ішек таяқшасының бактериялары өсірілетін 5 л көлемдегі өсінді орта болса болды.

Адамның генді-инженерлік инсулинін  шығаруды масштабтаудың концептуальды  тәсілдері:

- продуцент-штаммін өсіруі;

- инсулин тазартуы;

- инсулин идентификациясы;

- дайын дәрілік инсулин формаларының шығарылуы;

- инсулиннің фармакологиялық және токсикологиялық қасиеттерінің зерттелуі.

1.4 Антибиотиктердің  биотехнологиясы 

Микроорганизмдердің және жануар жасушаларының кейбір түрлерінің қолданылуы жүретін биотехнологиялық процесс  кезінде алынатын өте маңызды  қосылыстар болып антибиотиктер  биологиялық белсенді заттар «интерферон, интерлейкин, лимфокин» саналады.

Антибиотиктер (грек. Anti - қарсы, bios - тіршілік) - саңырауқұлақтардың, бактериялардың, жануарлардың және өсімдіктердің тіршілік процесінде пайда болған және синтетикалық жолмен жасалған, микроорганизмдерді, саңырауқұлақтарды, риккетцияларды, ірі вирустарды, қарапайымдылар мен жеке гелминттерді таңдап басу және өлтіру қасиеті бар биологиялық белсенді заттар.

Пайда болуына байланысты 5 топқа бөлінеді:

1. Саңырауқұлақпен жасалынатын антибиотиктер (пенициллин, цефалоспорин, фумагиллин, гризеофульвин, трихоцетин)

2. Актиномицеттен жасалынатын антибиотиктер (стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин, тилозин, хлортетрациклин, хлорамфеникол, эритромицин, леворин, новобиоцин, рифампицин, нистатин)

3. Бактериялардан бөлінген антибиотиктер (грамицидин, колицин, пиоционин, субтилин, полимиксин)

4. Жануардан алынған антибиотиктер (эритрин, экмолин, лизоцин, интерферон)

5. Өсімдіктерден алынған антибиотиктер (сарымсақ фитонциді-аллицин, рафанин, иманин, фитоалексиндер-пизатин, фазеолин)

Микробтарға әрекет ету бойынша  антибиотиктер бактериоцидтік, бактерия өлтіргіш және микробтың өсуі мен дамуын тежейтін бактериостатикалықболып бөлінеді.

Микроорганизмдерге әрекет етуіне байланысты антибиотиктерді бірнеше негізді топтарға бөлуге болады:

1. Бактерия қабырғасының синтезін ингибирлейтін;

2. Цитоплазма мембранасының қызметін бұзушы;

3. Рибосомалық суббөлшектерді бұзушы және ақуыз синтезін тежеуші;

4. Нуклеин қышқылдарының синтезін таңдап басушы: а) РНК синтезінің ингибиторы, б) ДНК синтезінің ингибиторы.

Бастапқы даму сатысында  кішкене көлемде шығарылған антибиотиктер  қазіргі уақытта заманауи техникалық жаңалықтармен және жаңа биотехнологиялық әдістермен жабдықталған ірі антибиотикалық өндіріске айналған. Дүние жүзінде  жылына 10000-даған тонна антибиотиктер  өндіріледі, ветеринарлық және гуманитарлық медицинада түрлі дәрілік заттардың  ортасында өндірілу көлемімен тәжірибеде қолданылуында олар бірінші орында тұр. Терапиялық емес бағыттағы антибиотиктер  мал шаруашылығында аурудың алдын-алу  мен жануарлардың өсуін жақсарту мақсатында кеңінен қолданылады. Антибиотиктердің ашылуы мен бөлінуі үздіксіз кеңейтілуде. 1940 жылы қазіргі уақытқа тоқталатын болсақ 6000-нан астам антибиотик бөлініп  алынған.

Антибиотиктердің жаңа түрін  алу әлі де жалғасуда. Олардың  жаңа түрінің іздестірілуі төмендегідей:

1. Күнделікті қолданылып жүрген антибиотиктерге кейбір патогенді микроорганизмдердің түрлерінің сезімталдылығы төмен, сондықтан да, эффективті антибиотик қосылыстарын іздестіруге тура келеді;

2. Антибиотиктерді ұзақ мерзімді пайдалансақ, инфекциялаудың барлық түрінде де микроорганизм штаммдарының резистенті формадағы селекциясы өтеді. Ұзақ уақыт антибиотиктерді қолдану патогенді микроорганизмдердің эволюциясының бекінуіне бағытталған;

3. Антибиотиктердің қолданылуы кеңейіп, олардың тәжірибелік қолданылуының телімділігі жоғарылады.

Көбінесе микроорганизмдерді антибиотиктердің продуценті ретінде қолданылады. 50 жылдары негізінен саңырауқұлақтар мен бактериялар қолданылды, ол 60 жылдары антибиотиктік қосылыстардың продуценті ретінде стрептомициндер қолданыла бастады, ол кейінгі жылдары актиномицеттер мен т.б. микроорганизмдер топтары қолданылып жүр. Жоғары сатыдағы өсімдіктер мен жануарлар антибиотиктердің продуценті бола алады.

Осы уақытқа дейін жоғары өнімділік беретін антибиотиктер  продуцентінің бағалы өндірістік штамдарын  негізінен табиғи микроорганизмдерді селекциялау және мутагенез әдісімен алған. Сонымен, селекция және ферментация  технологиясының жетілуі өндірістік пеницилинді шығаруда 20 г/л жетті, Бұл продуцентпен микроорганизм  штамдарымен салыстырғанда 1000 есе  жоғары. Соңғы жылдары гендік инженерия  әдісімен суперпродуценті антибиотиктерді  конструкциялауда үлкен мүмкіндіктерге қол жеткізілді. Сонымен, антибиотик биосинтезінің ферменттерді қолданудың болашағы зор.

Антибиотиктерді алу үшін қолданылатын орта құрамында қымбат тұратын заттар (глюкоза, лактоза) мен  дефецинтті көбік басқыштар (кашалатьв  майы және т.б.) болады, сондықтан да антибиотиктерді өндіру шығындары  қымбатқа түседі. Жақсы фильтрациялаушы  қасиеті бар және антибиотиктерді  тазалаумен бөлуде экономикалық әдістерді  қолдануды қамтамасыз ететін, арзан  қоректік орталарды сұрыптап шығаруға бағытталған зерттеу жұмыстары  жүргізілуде.

Продуцент микроорганизміне араласу әдісі шығарылды, яғни бұл  белгілі антибиотик биосинтезі мен  екінші бір үрдістің алмасуына мақсатты бағытталған. Кейбір продуценттер бір  мезгілде түрлі арақатынастағы бірнеше  антибиотиктерді түзе алады.

Культиверлеу жағдайын, яғни орта компоненттерінің құрамын, қышқылдық, белсенділікті, аэрацияны және т.б. өзгерту мен антибиотик биосинтезінің  деңгейін басым қылуға немесе күшейтуге  болады. Жаңа технологияларға жататыны: культиверлеу кезеңінде қоректік орта компаненттерінің бөлшектік қоспасы, белгілі метаболизм жолдарында көміртегі  метаболизмінің реттелуі және т.б.

Антибиотиктерді көптеп өндірілуде асептикалық жағдайдағы аэробты  ферментацияның тереңдік әдісі қолданылады, бұл 50-200³м көлемдегі кезеңді аппараттарда жүргізіледі. Ферментацияның ұзақтығы 7-10 тәулікке созылады. Қазір жартылай үздіксіз және үздікті ферментациялық үрдістер енгізілуде. Зең саңырауқұлақтарынан  терең культивирлеу әдісімен антибиотиктерді  алу кезінде оның бетінде тармақталған грифтердің қопсытылған қабаты пайда  болады, бұл ортаның тұтқырлығын  жоғарылатады және оттекті аэрацияны  қиындатады. Продуценттерді тереңдік культивирлеудің кері факторларына ортаны фагтар мен антибиотик-резистентті  микроорганизмдермен инфицирлеу жатады.

Табиғи антибиотиктерді  химиялық немесе биологиялық әдістермен молекуласын модификациялау антибиотиктер биотехнологиясындағы ірі жетістіктердің бірі болып табылады. Кейбір антибиотиктердің молекулалық құрылымына (пенициллин, цефалоспорин, тетрациклин) өзгеріс енгізу әдісімен антибиотиктің жаңа жартылай синтетикалық түрі алынды. Антибиотиктер биотехнологиясының бұл бағыты 35-38 жыл бұрын басталды, осы бағыттың дамуы әртүрлі антибиотиктер топтарының молекулалық құрылымының меңгерудегі жетістіктермен тікелей байланысты. Осы әдіспен 20000-нан астам пенициллин, 80000 цефалоспорин, 3500 тетрациклин және т.б антибиотиктер алынды. Жартылай синтетикалық антибиотиктердің 15-16 қосылыс тәжірибелік қолданыс тапты. Кең микробқа қарсы әрекет спектрларымен және күшейтілген микробқа қарсы эффектімен қосылған табиғи молекулалардың бағытталған трансформация әдісімен. Мысалы, табиғи пенициллин өз құрамында көптеген пенициллиндердің жалпы құрылымды – 6 аминопенициллин қышқылды қоспасынан тұрады. Пенициллин-амидазаны иммобилизациялауды антибиотиктер 15 жыл бұрын басталған. Бұл қышқылды ортада жоғары биологиялық белсенділікке ие, кең спектр қатынасындағы микробқа қарсы белсенділігі жоғары, адам мен жануар организмдегі қатынасында токсинділігі төмен, сондай-ақ, ß-лакталазаға төзімді үлкен көлемді жартылай синтетикалық пенициллиндерді алуға жол ашты.

Антибиотиктер биотехнологиясындағы инженерлік энзимология-лық әдіс мұнымен аяқталмайды. Пиницилинамидаза гидролиз эффектісін цефалоспорин молекуласына да таратады. Бензилпенициллин сияқты иммобилизацияланған пенициллинамидаза в-лактанды сақинаның құрылымына жоламай, тек қана цефалоспориннің жанындағы топтардың молекулаларын ғана ерітеді. Екінші биотехнологиялық үрдіс 7-АДЦК өндірістік фенилацетатқа сәйкес гидролиз жолымен алады. Сонымен, жаңа болашағы зор антибиотиктер тобы-жартылай синтетикалық цефалоспорин алу мүмкіндігі ашылды.

Мутасинтез әдісімен модификацияланған  антибиотиктерді алуға болады. Бұл жағдайда продуценттің синтезі бұзылған белгілі учаскедегі антибиотик молекуласының мутантты штамдары қолданылады. Биологиялық жағынан белсенді антибиотик ситезі үшін бұл жағдайда продуцентті культивирлеу ортасына бұл аймақтардың аналогтарын енгізеді.

Микроорганизмдермен жүретін  антибиотиктердің синтезі 10-30 геннің әсерлі бірігуінің нәтижесінде жүзеге асырылады, бұл олардың синтезін басқаруда  гендік инженерия әдістерін қолдануда  қиындықтар тудырады. Берілген мәселенің  шешімі бар, яғни антибиотик синтезі  бір оперонды кодтайтын мультиферментті  кешендермен жүзеге асырылуы тиіс.

Бұл еш күмәнсіз антибиотиктер  биотехнологиясында жаңа перспективаларын ашады, сәйкес гендерді бір микроорганизм  продуцентінен екінші бір туыстас  микорорганизмдерге енгізу гибридті, жаңа биологиялық қасиеті бар  антибиотиктерді алуға мүмкіндік  береді. 1988 жылы АҚШ-та биосинтездің актинородин мен медермицинді гендерін біріктіру арқылы жаңа антибиотик «Медерродин » алынды. Басқа жағдайда гендерді тасымалдаудың жетістіктері өсіп отырды. Антибиотиктердің штамм-продуценттерінің жоғары өнімділігіне жасушада антибиотик биосинтезінің гендер көшірме мөлшерінің өсуімен жетеді. Қазақстанда жаңа бактериоцидті және фунгицидті құрылымды антибиотиктер түрлерін іздестіруде ғылыми-зерттеу жұмыстары жүргізіліп жатыр. Өткен жүз жылдықтың 70-ші жылдарының ортасында Степногорск қаласында «Прогресс» зауытының құрылысы басталды, бұнда әртүрлі биопрепараттардың өндірілуі меңгеріледі. Олар: Бацилихин азықтық антибиотигі (1986 ж.), фразидин (1986 ж.) ветеринарлық антибиотигі және биовит антибиотигі және т.б. XX ғасырдың 90-шы жылдарының аяғында ҚР-ның Ұлттық биотехнология орталығында Розеофунгина антибиотигін шығарды, бұл антибиотик терінің морфологиялық құрылымына кері әсер етпейді және патогенді саңырауқұлақтар қатынасына бактериоцидтік белсенділігі жоғары.

Алматы қаласындағы микробиология  және вирусология МН-АН институтында жаңа антибиотик- хинонді алды, бұның  грам теріс және грам оң бактерияларға  антибактериялық қасиеттері анықтайды. Хинон Жезқазған жағынан сұр-шөлдің топырағынан бөлінген актиномицеттерден  алынған. Антибиотиктердің көптеп жиналуы  сахарозалы ортада байқалады.