Достижения генной инженерии и биотехнологии

Уже в подходе к постановке диагноза молекулярная медицина принципиально  отличается от обычной. Главный вопрос традиционной медицины: "Чем вы болеете?", а молекулярной: "Чем вы можете заболеть при вашем геноме?". То есть молекулярная медицина выявляет генетическую предрасположенность  человека к различным болезням.

Следующая отличительная  черта молекулярной медицины - лечение  заболеваний (как наследственной, так  и ненаследственной природы) проводится на генном уровне. В качестве лекарственного препарата выступают гены (точнее - специальные генетические конструкции). Генная терапия не просто устраняет  определенные симптомы заболевания, а  корректирует функции клеток и организма  в целом. Её терапевтический эффект может достигаться различными путями: замена "больного" гена на "здоровый", направленная коррекция структуры  и, соответственно, функции "больного" гена, частичное или полное подавление "больного" гена.

И, наконец, еще один важный принцип молекулярной медицины: любое  медикаментозное лечение должно подбираться строго индивидуально, учитывая особенности генома больного. Этим занимается недавно возникшая  наука - фармакогенетика.

Уже сегодня практическое применение молекулярной медицины весьма разнообразно. Это - и молекулярная диагностика наследственных заболеваний  на любой стадии развития организма, в том числе и до рождения (пренатальная диагностика), и определение генов  предрасположенности к некоторым  распространенным болезням, и геномная "дактилоскопия" - точная идентификация  личности на основе анализа особенностей структуры его генома (именно этот метод был с успехом применен при генетическом анализе останков царской семьи).

В геноме человека насчитывается 35-50 тысяч различных генов, изменения  в некоторых из них приводят к  нескольким тысячам наследственных болезней. Гены практически всех наиболее частых (около 320) и сравнительно редких (около 170) наследственных болезней уже  известны. Методы их обнаружения достаточно просты и универсальны и поэтому  широко применяются в медицине.

Сейчас у нас в стране можно определить около 40 наиболее тяжелых наследственных болезней. Молекулярная диагностика генов наследственных болезней проводится в НИИ акушерства и гинекологии в Санкт-Петербурге, в Научном центре медицинской  генетики и Институте неврологии РАМН в Москве, в Институте биохимии и генетики научного центра РАН в  Уфе, в Институте медицинской  генетики в Томске и в Медико-генетическом центре в Новосибирске.

Методы молекулярной диагностики  позволяют выявить не только гены наследственных болезней, но и гены предрасположенности к тому или  иному заболеванию. Гены предрасположенности - объект исследования многих научных  групп по всей России. Так, в Санкт-Петербурге на кафедре медицинской генетики Педиатрической академии активно изучаются  гены предрасположенности к тромбофилии, варикозному расширению вен, сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету, атеросклерозу; в Институте экспериментальной  медицины РАМН исследуются гены гиперхолестеринемии, приводящие к атеросклерозу и  хроническим заболеваниям легких и  печени, а в НИИ онкологии имени  профессора Н. Н. Петрова - гены предрасположенности  к опухолям легких и молочной железы. Работы по этой тематике проводятся в  Москве: во Всероссийском кардиологическом центре РАМН, в Институте молекулярной генетики РАН и во Всероссийском  онкологическом центре РАМН, а также  в Томске - в Институте медицинской  генетики.

Молекулярная геномика уже  применяется в Европе и Соединенных  Штатах для решения разнообразных  задач медицины и медицинской  генетики. Например, в Великобритании созданы информационные центры, и  каждый, позвонивший туда, может  получить консультацию по любым вопросам, касающимся своей наследственности и генетической предрасположенности  к различным заболеваниям. Во Франции  создана и используется на практике компьютерная экспертная система Сезам (SESAM - Systeme Expert Specialisee aux Analyses Medicales) для  определения склонности человека к  различным заболеваниям. Она включает собственно экспертную систему оценки риска возникновения заболевания, основанную на многочисленных лабораторных (иммунологических, биохимических, серологических и генетических) тестах (более 80), программу  для обучения врачей основам молекулярной медицины, медицинское консультирование по результатам лабораторных тестов и популярный справочник для населения. Программа прекрасно зарекомендовала  себя во Франции, и хочется верить, что российские медики в недалеком  будущем тоже смогут ее использовать.[5]

Генная терапия.

В настоящее время в  мире около 400 проектов по генной терапии  находятся на различных стадиях  клинических испытаний: 261 из них  проходит первую стадию (оценка токсичности), 133 - вторую (испытание на небольшой  группе тяжелобольных пациентов) и  только 3 проекта (два по лечению  рака мозга и один по гемофилии) - на заключительной третьей стадии (масштабные клинические испытания). Пока генная терапия применяется в основном в онкологии (более 60% проектов). Примерно по 15% приходится на генную терапию  инфекционных (СПИД, гепатит В, туберкулез) и моно генных заболеваний (муковисцидоз, семейная гиперхолестеринемия, мукополисахаридозы, гемофилия А и др.). Методы генной терапии позволяют лечить различные генетические патологии в период внутриутробного развития. Введенный ген или генная конструкция попадает во множество интенсивно делящихся клеток, предотвращая начало развития заболевания. После такой терапии нет необходимости искусственного прерывания беременности - ребенок рождается здоровым. Но тем не менее вопрос о ее целесообразности поднимается все чаще и чаще - теоретически существует опасность внедрения искусственных генных конструкций в геном половых клеток, что может привести к "засорению" генофонда.

Генная терапия успешно  применяется для лечения не только наследственных, но и значительно  более распространенных мультифакториальных  болезней (диабет, остеопороз, ревматоидный артрит, различные опухоли). Для лечения  таких заболеваний применяется  не одна, а сразу много генетических конструкций, исправляющих дефекты  различных стадий течения патологического  процесса.

К сожалению, из всех проектов по генной терапии, утвержденных Американским и Европейским комитетами по генной терапии, нет ни одного проекта из России или стран СНГ. Тем не менее  научные работы в этой области  ведутся и в России. В Институте  акушерства и гинекологии имени  Д. О. Отта РАМН разрабатываются новые  подходы к генной терапии таких  тяжелых наследственных заболеваний, как мышечная дистрофия Дюшенна  и муковисцидоз. Работы по генной терапии  также проводятся в научных учреждениях  Москвы (Институт молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН, Институт молекулярной генетики РАН, Институт медицинской  химии РАМН, Научный центр медицинской  генетики РАМН) и Новосибирска.[5]

Биотехнологические и  генно-инженерные компании и их разработки. Компании США 

С 1978 г. федеральное правительство  США поддерживает различные биотехнологические исследования, особенно связанные с рекомбинантными ДНК. Национальный институт здоровья заключил 365 контрактов по исследованиям в этой области на общую сумму 42 млн. долл. 19 университетов трех регионов—Гарварда, Станфорда и Великих озер (где находится Висконсинский университет)—проводят фундаментальные исследования, связанные с развитием биотехнологии. В 1975—1980 гг. в 25 компаний, занимающихся генной инженерией, было вложено свыше 266 млн. долл. Компании использовали патенты и результаты исследований, выполненных в университетах США. По данным нью-йоркской фирмы «Эберстадт и Кº» и Бюро налогообложения промышленной деятельности, в конце 1979 г. в стране насчитывалось не более 14 компаний по генной инженерии. На 20 января 1982 г. таких фирм было уже 145. (См. приложение 2)

В большинстве случаев  биотехнологические компании появлялись при объединении одного-двух исследователей с предприимчивым предпринимателем, готовым рискнуть. Ученые вкладывали в этот союз свои идеи и опыт, предприниматель—необходимые  средства. На следующем этапе в  финансирование компаний включались промышленные группы, при этом происходил убыстряющийся рост числа все более авторитетных вкладчиков. Наконец, наступал момент, когда акции компаний начинали котироваться на бирже. В случае фирмы «Генентек» это произошло на пятый год существовании компании, «Цетус» — на десятый.

Особых успехов в применении и разработке технологий, связанных с рекомбинантными ДНК, достигли четыре фирмы: «Цетус», «Генентек», «Генекс» и «Биоген».

Старейшая из них—«Цетус»  была основана в Беркли (шт. Калифорния) Д. А. Глазером, Нобелевским лауреатом в области физики, и биохимиком Кейпом. Они ставили перед собой задачу отобрать наиболее продуктивные микроорганизмы для промышленного применения.

Первоначально были использованы традиционные методы генетической селекции, затем ведущую роль в деятельности компании заняли методы генной инженерии. Научную работу компании по данной проблематике возглавил генетик Дж. Ледерберг. В области органической химии фирма «Цетус» сосредоточила усилия на разработке методов превращения этилена и пропилена в окиси и гликоли с использованием иммобилизованных ферментов и клеток. Созданные фирмой технологии с применением биокатализаторов были дешевле, тогда как традиционные процессы на основе металлических катализаторов требовали высоких температур и давлений. Для промышленного получения указанных веществ совместно с корпорацией «Стандарт ойл» было запланировано создание опытного производства. «Цетус» разрабатывает также технологию производства высококачественных смазочных материалов, получаемых из нефти с помощью микроорганизмов и призванных заменить жир кашалота. Стоимость таких веществ составляет сотни миллионов долларов. Пользуясь методами генной инженерии, компания разработает особые смолы для извлечения остатков нефти из истощающихся скважин. Совместно с «Нэшнл дистеллерс» «Цетус» разработала непрерывный процесс конверсии сахара в этиловый спирт. Для этого отобран выведенный исследователями фирмы высокопродуктивный штамм дрожжей. Помимо перечисленных направлений фирма «Цетус» занимается синтезом фармацевтических веществ, таких, как интерферон, фактор свертывания крови VIII и белки одноклеточных организмов. Фирма располагает очень большой лабораторией, работающей в условиях высокой степени биологической безопасности.

В 1980 г. пакет акций компании «Цетус» оценивался в 100 млн. долл. 61% акций принадлежал фирмам «Стандарт  ойл Калифорния», «Стандарт ойл  Индиана» и «Нэншл дистиллерс», владельцами 39% акций были основатели «Цетус»  и примерно 200 мелких вкладчиков. К  тому времени фирма насчитывала 250 сотрудников, из них 35 имели докторскую степень.

Компания «Генентек» также  находится в Калифорнии, в прибрежной зоне Сан-Франциско. Ее основали Свонсон (президент и главный администратор) и Бойер (профессор биохимии университета в Сан-Франциско, который стал вице-президентом). Первоначальный капитал компании составлял 1 млн. долл. К 1980 г. в ней уже работало 70 специалистов, 30 из них со степенью доктора. По контрактам с компанией работает примерно такое же число консультантов. Внушительные успехи, достигнутые в синтезе соматостатина, инсулина, гормона роста человека и интерферона, во многом объясняются успешным сотрудничеством с выдающимися университетскими учеными и тем, что исследователи являются одновременно акционерами компании

По свидетельству газеты «Уолл-стрит джорнал», первый день появления на бирже акций компании «Генентек» можно было назвать одним из наиболее впечатляющих дебютов современного делового мира. Компания выпустила 1 млн. акций стоимостью 20—30 долл., но ажиотаж вокруг них был столь велик, что исходная продажная цена составила 35 долл. В октябре 1980 г. были выпущены еще 100 000 акций. Общий капитал компании составил 36 млн. долл. Во время бурного первого дня продажи более половины акций были отданы первоначальными покупателями по 80 долл. за акцию; затем стоимость акций опустилась до 71 долл. Поскольку компания владеет 7,5 млн. акций, ее капитал оценивали более чем в 500 млн. долл. (по осторожным оценкам, 180—300 млн. долл.).

Два основателя компании имеют  по 1 млн. акций каждый (15%). Наиболее крупный акционер, фирма «Лаб-ризол, инк.» (Кливленд), приобрела 1,5 млн. акций  всего по 10 долл. за штуку (24%). На долю фирмы «Клейнер и Перкинс» приходится почти 1 млн. акций (14%), а «Уил-мингтон  секьюритис, инк.» обладает менее  чем 500000 акций (6,2%). Остальные акции распределены между научным персоналом и директоратом компании «Генентек».

По данным, представленным в пресс-релизах компании в августе 1980 г., прибыль за первую половину текущего года составила 3,8 млн. долл. по сравнению  с 3,4 млн. долл. за тот же период в 1979 г. Большую часть прибыли обеспечили исследовательские контракты с  фирмой «Эли Лилли», шведской компанией  «Каби витрум» и французской «Хофман—Ла Рош». Контракты предусматривали разработку технологии получения коммерческого инсулина, гормона роста человека и интерферона соответственно. По заявлению представителей «Генентек», во второй половине 1980 г. прибыль от контрактов должна была составить 2,7 млн. долл.

В апреле 1982 г. фирма «Корнинг гласе» (шт. Нью-Йорк) заявила о покупке  в течение двух лет 571 000 акций (по цене 35 долл. за штуку) фирмы «Генентек» на сумму 20 млн. долл. Эта сумма составляет примерно 6% всего капитала «Генентек». Новые вложения послужили толчком  к созданию дочерней компании «Гененкор, инк.», которая специализировалась на разработке, получении и продаже ферментов, иммобилизованных на инертных носителях для использования в пищевой промышленности. «Корнинг гласе» передала новой компании фирму «Энзим дивижн», приобретенную у американской фирмы «Ром и Хаас» в 1981 г.

Группа «Корнинг гласе», связанная  со стекольной промышленностью с  момента, ее создания в конце прошлого века, с 1965 г. начала специализироваться в области биотехнологии. Ее отделение «Корнинг биосистемз» производит ферменты и микроорганизмы, иммобилизованные на стекле или пористой керамике. Продукция фирмы заняла важное место в пищевой и сельскохозяйственной промышленности, особенно в переработке молочной сыворотки—побочного продукта сыроварения: В декабре 1981 г. для получения из сыворотки белков и выращивания пекарских дрожжей в США была создана фирма «Натрисёрч К°». Для тех же целей в январе 1982 г. произошло объединение «Спешиалист дайри ингредиент К°» и «Милк маркетинг боард». Фирма «Корнинг гласе» совместно с французской «Юньон лэтьер Норманд» планировала создать объединенный филиал во Франции для промышленной переработки сыворотки.

В 1977 г. биохимик Глик и промышленник Джонстон в Роквилле, вблизи г. Бетесда (шт. Мэриленд), основали компанию «Генекс» примерно с 30 исследователями. Научную деятельность компании возглавил Д. Джексон из Мичиганского университета. Компания специализировалась на биохимическом получении промежуточных метаболитов. По оценкам, ее актив в 1980 г. превышал 10 млн. долл. Чуть больше трети акций принадлежало основателям и сотрудникам «Генекс», остальные две трети—промышленным фирмам, финансирующим деятельность компании («Инновен», созданной совместно фирмами «Монсанто» и «Эмерсон электрик», 25% акций и «Копперс» 30% акций).

Основатели «Биоген» зарегистрировали свою компанию ,в Люксембурге, а штаб-квартиру перенесли в Женеву. Инициатива исходила от Д. Адамса из «Интернэшнл никел К°», которой принадлежат 24% капитала «Биоген». Инвестиции фармацевтической фирмы «Шеринг-Плау» в «Биоген» составляют 16%. Среди других пайщиков— «Монсанто» и «Дженерал метрополитен». Научную группу в компании составляют в основном европейские ученые. Среди них следует упомянуть Вейсманна из Цюрихского университета, Мюррея из Эдинбургского университета и Хартли из Королевского колледжа в Лондоне. Американские ученые представлены Гилбертом из Гарвардского университета и Шарпом из Массачусетского технологического института. Штат научных сотрудников компании насчитывает 50 человек. Фонды «Биоген» в 1980 г. исчислялись 50 млн. долл. В октябре 1981 г. компания получила дополнительную финансовую поддержку в 20 млн. долл. от банков и страховых компаний, преимущественно английских. Первая продукция «Биоген» появилась в 1983 г.: