Медициналық биотехнологияның жалпы сипаттамалары

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Лекция 1

Негізгі сүрақтар:

1. Кіріспе.

2. Дәрі препараттардың биотехнологиялық өндірісі.

3. Медицинада пайдаланатын төменгі молекулалық заттар

- Витаминдер

- Аминқышқылдар

- Органикалық қышқылдар

Кіріспе.

Биотехнология - ағзада іске асатын биохимиялық процестер мен олардың механизмдері туралы білімді негізіне алған индустриялық технология.

Биотехнология микробиология, биохимия, молекулалық биология, биоорганикалық химия, биофизика, вирусология, генетика, иммунология, химиялық инженерияның ғылыми жаңалықтарына және электроника жетістіктеріне негізделінеді.

Биотехнология жетіктістерін, әдістерін, биотехнологиялық өнімдерін медицинада, ауыл шаруашылық өндірістінде, әр түрлі өнеркәсіптерде және экология-ғылымы мен айналысатын мамандар пайдаланады. Осыған байланысты биотехнология медициналық, ауыл шаруашылық, өніркәсіптік және экологиялық биотехнологияға бөлінеді. Медициналық биотехнология фармацевтикалық биотехнология және иммунобиотехнологияға бөлінеді.

Биотехнологияның дамуы аурулардың ерте кезеңінде диагностикасын жүргізуге, жұқпалы ауруларды емдеу үшін жаңа әдістерді жасауға, жаңа дәрілік препараттарды жасау мен алуға мүмкіндік ашады, табиғи ресурстарды және энергияның жаңа көздерін тиімді пайдалануға, экологиялық мәселелерді шешу үшін мүмкіндіктеді кеңейтеді.

Биотехнология жетістіктерін, әдістерін, биотехнологиялық өнімдерін медицинада, ауыл шаруашылық өндірісте, әр түрлі өніркәсіптерде, экологияда пайдаланады. Биотехнология зерттеулері мен алынған нәтижелерінің 70%-дан астамы фармацевтикалық және биомедициналық препараттарын алумен байланысты.

Бірінші биоинженериялық дәрі - генді-инженериялық әдіспен алынған рекомбинантты инсулин. Адам инсулинді кодтайтын генді бактерияға енгізіп, ақуыздық дәрілік препаратты өндірісте 1982 жылдан бастап көп мөлшерде алу мүмкін болды. Бірінші рекомбинантты вакцина В гепатитіне қарсы жасалды.

Қазірге күнде 100-ден астам рекомбинантты дәрілік препараттар мен вакциналарды медицина пайдаланады. Бұл препараттардың тиімділігі жоғары, қауіпсіздігі мен бағасы төмен.

Медициналық биотехнологияның негізгі бағыттары:

*аурудың түрін анықтау, яғни диагностикасы үшін,

*ауруды емдеу және жұқпалы аурулардың профилактикасын жүргізу үшін

мумкіндіктерді жасау.

Медициналық биотехнологияның негізгі мақсаты:

- биотехнологиялық әдістерді қолданып, тиімді жаңа дәрілік препараттарды алу;

- аурудың түрін анықтау мен ауруды емдеу үшін жаңа тәсілдерді жасау;

- адамдың, барлық жұқпалы аурулардың профилактикасын іске асыру үшін жаңа тиімді вакциналарды құру және иммуномодуляторларды шығару;

- әр түрлі заттарға қарсы моноклоналды антиденелерді алу;

- генотерапияға қажет векторларды жасап алу;

- туқым қуалайтын және вирустық аурулардың генодиагностикасын іске асыру, халықты генетикалық төлқұжаттандыру;

- ауруды емдеу үшін жаңа әдістерді, соның ішінде бағана жасушаларды қолданатын әдістерді шығару;

- жаңа диагностикалық жүйелерді шығару (биосенсорларды, биочиптерді) .

Қазіргі күнде медициналық биотехнологияда келесі негізгі әдістерді қолданады:

*микробиологиялық синтез,

*генді-инженериялық, соның ішінде рекомбинантты ДНҚ әдісі,

*биотрансформация,

*мутасинтез,

*инженериялық энзимология,

*гибридом технологиясы.

Жыл сайын биотехнологиялық әдістердің көмегімен алынған медицина пайдаланатын табиғи заттардың түрлері қарқынды кеңеюде, соның ішінде:

*рекомбинантты ақуыздар, адам ақуыздары,

*ферменттер,

*антибиотиктер,

*витаминдер,

*амин қышқылдар,

*гормондар,

*вакциналар,

*антиденелер, моноклонды антиденелер

*қан компонентері,

*диагностикалық препараттар,

*иммуномодуляторлар,

*ісіктерге қарсы препараттар,

*жартылай синтетикалық дәрілік препараттар,

*тағы басқа заттар.

Қазіргі күнде әр түрлі ауруды емдегенде генді-инженериялық акуыздық препараттарды кең пайдаланады, мысалы, инсулин, соматропты гормон, интерферон, эритропоэтин, урокиназа, қан ұю жүйесінің факторлары. Адам ауруларын емдегенде қосымша зиянды әсері, мысалы, аллергия болмау үшін адам ақуыздарын ғана пайдалану керек. Бұл мәселе биотехнологияның әдістерімен шешіледі.

Генді-нженериялық әдіспен алынған адам ақуыздары

Ақуыз Ауру/физиологиялық процесс

Инсулин Қантты диабет

Адренокортикотропты гормон Ревматизм

α ₁ -антитрипсин Эмфизема

Гемоглобин Қан аздық (анемия)

Өсу гормоны Баланың өсуы баяулайды

Интерлейкиндер Иммундық аурулар, қатерлі ісіктер

Интерферондар (α, β, γ) Вирус аурулар, қатерлі ісіктер,

рассеянный склероз

Альбумин (қан сары суы) Плазма ақуыздардың жетіспеу

Плазминогеннің ұлпа активаторы Қан қатпасының түзілуі

Урокиназа Қан қатпасының түзілуі

Ісік некроз факторы Қатерлі ісіктер

Эритропоэтин Анемия, бүйрек ауру

Биотехнологиялық әдістердің көмегімен алынған медицинда пайдаланатын табиғи заттардың түрлері жыл сайын қарқынды кенейеді.

Биотехнологиялық дәрі-дәрмек ақуыздық препараттардың маңызды класы адам ферменттеріне сай келетін генді-инженериялық ферменттер. Табиғи көзден алынған ферменттермен салыстырғанда генді-инженериялық ферменттердің артықшылығы:

*иммуногендігі төмен;

*фармакалогиялық әсерінің ерекшелігі жоғары;

*препарат жұқпалы заттармен ластанбаған.

Сонымен бірге генді-инженериялық технологиялар ферменттердің өнеркәсіптік өндірісін жоғарылатуға мүмкіндік береді. Жыл сайын фармацевтикалық өндірісте ферменттерді пайдалану кеңеюде. Генді-инженериялық әдістерді қолданып ферменттердің бағытталған түрөзгерісін жүзеге асырады да, жаңа қасиеті бар ферменттерді алады. Мысалы, генді-инженериялық фермент экспандаза алынған. Экспандаза қатысуымен пенициллиндерді цефалоспориндерге айналдыру мүмкін. Сонымен, экспандаза көмегімен антибиотиктерді алу әдісі биотехнологиялық кезеңді бір ізге келтіреді.

Адам өмір сүретін ортада жұқпалы ауруларды қоздыратын микроорганизмдер мен паразиттер кең таралған. Қазіргі күнде осындай қоздырғыштардың 1000-нан астам түрі белгілі. Ауруларды қоздыратын микроорганизмдердің тобына қарапайымдылар, бактериялар, спирохеталар, рикетсиялар, вирустар, саңырауқұлақтар кіреді. Жұқпалы ауруларды қоздыратын микроорганизмдермен күресу үшін әр түрлі дәрілік препараттарды пайдаланады. Бұл препараттар келесі топтарға бөлінеді:

- залалсыздандыру заттар - ортадағы зиянды микроорганизмдерді жояды;

- антисептикалық заттары адамға енген аурудың қоздырғышына әсер етеді;

- химиотерапевтік заттар адам мен жануарлар ағзасындағы жұқпалы ауру қоздырғыштарының және ісік жасушаларының тіршілігін тежейді, ал микроорганизмдердің негізгі процестеріне әсер етпейді.

Дәрілік препараттарды қолданып жұқпалы ауруларды емдеу химиотерапия деп аталады. Химиотерапияның негізгі кезеңдері: 1909 ж. сальварсан деген бірінші химиялық препарат ауруды емдеу үшін ұсынылды. 1935 ж. сульфамидтік препараттарды, 1942 ж. антибиотиктерді, 1945-1950 жж. туберкулезға қарсы әсер ететін химиялық заттарды, 50-ші жылдарынан бастап ісіктерді емдеу үшін химиялық заттарды клиникада кеңінен пайдаланатын болды.

Химиялық заттар бактерияларға, вирустарға, саңырауқұлақтарға, ісіктерге әсер етеді, олар бактерицидтік және бактериостатикалық топқа бөлінеді.

Бактерицидтік заттар микроорганизмнің тез өлуіне себеп болады, микроорганизмдердің цитоплазмалық ақуыздарын өзгертеді, ақуыз молекуласы олардың әсерінен қайтымсыз денатурацияланады. Бұл заттардың әсерінің ерекшелігі болмайды, әр түрлі микроорганизмдерге әсер етеді. Бактерицидтік заттар адам ақуыздарымен де әрекеттеседі, сондықтан олардың әсерінен адам ағзасының ұлпалары да зақымдануы мүмкін. Бактерицидтік заттарды дезинфекция үшін пайдаланады.

Бактериостатикалық заттар микроорганизмнің биохимиялық процестеріне әсер етеді, олардың дамуы мен өсуін тежейді. Микроорганизмдердің өсу мен ұрпақтануы үшін қолайсыз жағдай тудырады. Бактериостатикалық зат белгілі бір микробтың түріне ғана өзінің әсерін көрсетеді, себебі әр түрлі микробтардың зат алмасу процесінде айырмашылығы табылған. Бактериостатикалық заттың әсерінен адам ұлпалары зақымданбайды.

Адам мен жануарлардағы жұқпалы ауруларды емдеу үшін кең пайдаланатын заттардың тобына антибиотиктер жатады. Бірінші рет антибиотик препараты екінші дүниежүзілік соғыс жылдарында пайдаланылды. Сол уақыттан бастап химиятерапия тарихында жаңа кезең басталды. Антибиотиктер - жұқпалы ауруларды емдегенде кең қолданатын дәрілік препараттар. Қазіргі күнде биотехнологиялық әдістерді қолданып жаңа қасиеті бар антибиотиктерді, антибиотиктердің жаңа түрлерін, мысалы, пенициллиндердің жаңа түрлерін алады, олар медицинада кең қолданылады.

Витаминдер

Витаминдер - адам организмi қалыпты тiршiлiгі мен жас төлдiң өсуi үшiн қажетті биологиялық белсенді заттар. Витаминдер ағзадағы биохимиялық процестердiң жүруiне, тәртiпке келуiне қатысады. Мысалы, В ₁ , В ₂ , РР, А, С витаминдер адам организмінiң жалпы күшiн көтереді,

орталық нерв жүйесiнiң функционалдық жағдайын тәртiпке келтiредi,

жалпы зат алмасуды ретейдi.

Витаминдер жетiспесе:

*фермент өзiнiң қызметiн атқара алмайды,

*зат алмасу мен қалыпты тіршілік процестері бұзылады,

*паталогия дамиды.

Витамин жетіспеушілігі мен авитаминозды емдейтін дәрі витаминдер өздері ғана болады.

Витаминдердің кофермент формалары мен туындыларын дәрі ретінде

кең пайдаланады, соның ішінде мысалы В ₁ , В ₆ , , К, В ₂ витаминдер.

*В ₆ витамин - пиридоксальфосфат, пиридоксаминфосфат трансаминдеу мен декарбоксилдеу реакцияларды катализдейтін ферменттердің коферменті.

*К витамин - гемофилия, протромбиннің карбоксилдену реакцияны катализдейтін ферменттің коферменті.

*В ₁ витамин (тиамин) - фосфорланған тұындысы, кокарбоксилаза ферменттің кофакторы ретінде қызмет атқарада. Мысалы пируватдекарбоксилаза мен пирожүзімтотығу декарбоксилденуіне қатысатын ферменттердің кофакторы.

*В ₂ витамин - фосфорланған тұындысы флавинадениннуклеотид (ФАД), флавинмононуклеотид (ФМН) коферменттер. ФАД пен ФМН тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтiн дегидрогеназалардың құрамына кіреді. Флавиндiк дегидрогеназалар электрондарды және протондарды бөлiп шығару арқылы субстратты тотықтырады.

Витаминдердің өнеркәсіптік өндірісте негізгі тәсілі ретінде микробиологиялық синтезді қолданады. Микроорганизмдердің көбісі витаминдерді түзетін қабілетіне ие.

В ₂ витамин

В ₂ витамин (рибофлавин) - ФАД және ФМН деген коферменттердiң белсенді бөлiгi. Тыныс алу тiзбегiнде ФАД сутек атомдарының тасымалдаушысы.

В ₂ витаминiнiң жетiспеуi және мүлде болмауы организмдегi зат алмасуды бұзады. Адамда рибофлавин синтезделмейдi.

Өнеркәсіпте рибофлавинді табиғи шікі заттардан, сәбізден, тресканың

бауырынан бөліп алады:

- сәбіздің 1 тоннасынан - 1 г В ₂ витамин бөліп алады,

- бауырдың 1 т - 6 г В ₂ витамин бөліп алады.

В ₂ витаминнің өнеркәсібінде микроорганизмдерді пайдаланады. Мысалы

Eremothecium ashbyil саңырауқулақ рибофлавиндің синтезін белсенді жүзеге

асырады. Eremothecium ashbyil -ді көректік қоспаның 1 тоннасында өсіргенде

рибофлавиннің (витамин В ₂ ) 25 кг түзіледі.

В ₂ витаминнің синтезін тежеу механизмін бұзатын мутагенмен, флавиндік

нуклеотидтерімен , жабай штамға әсер етіп мутанты штамды алды.

Мутанты штамм В ₂ витаминнің сверхсинтезін іске асыртатын қабілеттің

көрсетті. В ₂ витаминнің аналоғына, розеофлавинге , түрақтылығын негізіне алып мутантты штамдың сүрыптауын жүргізеді.

В ₂ витаминнің продуценті өсу мен даму үшін көректік ортаның құрамына қосады:

соя үнның,
жүгері экстрактың,
сахарозаны,
қальций карбонатың,
натрий хлориддің,
калий гидрофосфаттың,
витаминдерді,
техникалық майын.

Ферменттёрге енгізудін алдында көректік ортаны стерилдейді де антибиотиктер мен антисептиктерді қосады. Сұйық көректік орта мен ашытқы себіндісінің егу материалын ферменттёрде және егу аппаратында дайындайды. Егу материал ретінде ақталған тарыда өсірген (7-8 күн, 29-30 ⁰ С) E. ashbyi споларын пайдаланады. Ферменттация процесті 3 тәуілік бойы жүргізеді.

Рибофлавин концентрациясы себінді ортада 1, 4 мг/мл жету мүмкін.

Ферментация біткенен кейін себінді ортаны концентрлейді, кептіреді,

витаминді бөліп алады да тазартады.

Микроорганизм генетика институтында (Москва) Bacillus subtilis продуценттің рекомбинанты штаммы жасалды. Рекомбинанты штаммының негізінде В ₂ витаминнің шығымы жоғары өндірісте пайдаланатын штамм-продуценті алынды.

L-аскорбин қышқылы( витамин С)

С витамині оңай тотығады және тотықсызданады, биологиялық тотығу процестерi үшiн қажет зат.

С витамині:

- гексокиназа, фосфоглюкомутаза, амилаза, аргиназа сияқты ферменттердiң белсендiлігiн арттырады,

- фенилаланин, тирозин, липидтердiң тотығу процесiне қатысады,

- ферритинмен байланысқан темiр атомының шығуын тездетедi.

Анемия болмау үшiн бұл өте маңызды процесс.

Қаны аз аурулардың, құрқұлақ дертiне ұшыраған адамдардың плазмасында

темiрдiң мөлшерi қалыпты мөлшерінің 30% шамасындай болғанда организм зиянды салдарына ұшрау мүмкін.

Өнеркәсіптік өндірісте аскорбин қышқылының көзі ретінде глюкозаны пайдаланады. Өндірісте С витамин алатын әдіс екі күрделі сатыларынан құралады:

- микробиологиялық кезеңі,

- бірнеше химиялық реакцияларынан құралған кезеңі.

каталитикалық

тотықсыздануы Сорбитолдегидрогеназа

D-глюкоза D-сорбитол L-сорбоза

химиялық

тотығуы

Витамин С 2-кето-L-гулон 2, 5-дикето-L-гулон

қышқылы қышқылы

натрий тұзы

С витаминді өндірісте алу биотехнологиялық процесі

*Микробиологиялық процесс - D-глюкозаның L-сорбозаға айналуы.

*Химиялық кезеңі

- сорбозадан химиялық тотығу реакцияның нәтижесінде 2-кето- L-гулон қышқылы түзіледі.

-2-кето- L-гулон қышқылы L-аскорбин қышқылына қышқыл жағдайда айналдырылады.

Аскорбин қышқылын толық микробиологиялық әдісті қолданып алуға

болады деп болжау жасалған.

Acetobacter, Gluconobacter, Erwinia бактериялар D-глюкозаны

2, 5-дикетогулон қышқылына дейін өзгертеді.

Corynebacterium, Brevibacterium, Arthrobacterium редуктаза ферменті бар

бактериялар, 2, 5-дикетогулон қышқылын 2-кето-L-гулон қышқылына

айналдырады.

Екі түрлі микроорганиздерді өндірісте пайдалану өте күрделі. Әр микроорганизмнің өмір сүретін жағдайы (ортаның оптималды рН-ы, температурасы, құрамы, өсетін жылдамдығы) өзгеше болу мүмкін. Сондықтан, екі микроорганизмдерді бір ізбен пайдаланады.

Тиімді жол - генді-инженериялық әдісті қолданып (рекомбинанты ДНҚ әдісті) микроорганизмінің жаңа түрін алу.

Erwinia herbicola D-глюкозаның бірнеше реакциялары арқылы

2, 5-дикето-L-кетогулон қышқылына дейін айналуын катализдейтін ферменттері бар.

Corynebacterium 2, 5-дикето-L-кетоглулон қышқылынан 2-кетогулон қышқылының түзілуін катализдейтін 2, 5-ДКГ-редуктаза ферменті синтездейді.

2-кето-D-гулон қышқылының синтезіне қатысатын ферменттері бар

Erwinia herbicola трансформанты клеткалары алынды.

Corynebacterium 2, 5-ДКГ-редуктаза ферменті кодтайтын генді бөліп алды

да Erwinia herbicola енгізді.

Рекомбинанты микроорганизмді өндірісте пайдаланып глюкозадан 2-кето-

D-гулон қышқылын алу мүмкіндігі көрсетілді.

Erwinia

D-глюкоза 2, 5-дикето -кетоглулон қышқылы

Рекомбинанты Corynebacterium

микроорганизм қатысумен

трансформация іске асады

2-кето-L-гулон қышқылы

Рекомбинанты микроорганизмдің пайдаланып глюкозадан

2-кето-D-гулон қышқылын алу.

Аминқышқылдар

Аминқышқылдар - белоктардың құрылымдық компонентері. Адам ағзасында ақуыздардың синтезіне қажет 20 α-аминқышқылдарының барлығы түзілмейді. Бұл алмаспайтын аминқышқылдар организмге тамақпен түсу керек. Тамақтын құрамында алмаспайтын аминқышқылдардың жетіспеуі адамдың зат алмасуын бұзады, өсу мен дамуын тежейді. Аминқышқылдарды, мысалы ауруларды емдегенде, операциядан кейін медицинада пайдаланады

Аминқышқылдарды медицинада пайдалану

Аминқышқылы Пайдалану саласы

Аргинин Бауыр ауруларды емдегенде

Аспарагин Диуретик

Валин, изолейцин, Тамырларының ішіне құятын

лейцин, пролин ерітінділердің құрамына кіреді

тирозин, триптофан,

Гистидин, глутамин Жараларды емдегенде

Фенилаланин Инфузия

Цистеин Кеңірдек қабынуын емдегенде

Өніркәсіпте аминқышқылдарды алу үшін пайдаланады:

1. табигі ақуыздардың гидролизін;

2. химиялық синтезді;

3. микробиологиялық синтезді.

4. биотрансформация процесті,

микроорганизмдердің немесе олардан бөліп алынған ферменттердің көмегімен алынған алғы заттарды аминқышқылдарға айналдырады (химия-

микробиологиялық әдіс) .

Табигі ақуыздың гидролизі

Аминқышқылдарды табиғи ақуыздың гидролизі нәтижесінде алу үшін

көзі ретінде пайдаланады:

* жануарлар шікі заттың өндегенде алынған қалдығын,

*жұмыртқа ақуызды,

*сут казеині,

*бидай клейковинасы,

*соя шроты т. б.

Ақуыз шікі затты қышқылмен (20% тұз қышқылы) немесе сілтімен 20-48 сағат бойы 100 ⁰ -105 ⁰ С қыздырады. Гидролиз реакцияны жылдамдығын жоғарлату үшін протеолиттік ферменттер мен ионалмасу шайырларды қосады.

Әдістің киыншылығы :

*бір аминқышқылын бөліп алу үшін өте күрделі көп сатылы тазарту процесті пайдаланады;

*шікі зат дефицитті және қымбат, аминқышқылы препараттың бағасы жоғары;

*гидролиз жағдайында

-триптофан толық ыдырайды,

-цистеин, метионин, тирозиннің 10-30 % ыдырайды.

* гидролиз жағдайында аминқышқылдардың рацемизациясы іске асады,

нәтижесінде стереоизомерлердің қоспасы түзіледі.

Химиялық синтез

Бұл әдістің негізгі қиыншылығы - рацемат түзіледі, яғни L- және D-аминқышқылдарының қоспасы.

Медицинада L-аминқышқылдарды ғана пайдаланады. Клетканың өткізгіштігі L-аминқышқылдар үшін 500 ессе жоғары D-аминқышқылдарға қарағанда. Қазіргі күнде екі стереоизомерлердің алмасу және тасымалдау процестерінің айырмашлығы табылған.

Химиялық синтез арқылы алынған рацематтарды екі стереоизомерге (L- және D-аминқышқылдарға) бөлу өте күрделі және қымбат жұмыс.

Химиялық синтез әдісте алғы затты ретінде метан, этан, қанықпаған көмірсуларды, мұнай т. б. заттарды; бұл заттар аммиактың көмегімен аминқышқылдарға айналады

Микробиологиялық синтез

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.