Микроорганизмдер көмегімен инсулин, интерферон және реттеуші пептидтерді өндіру

Кіріспе
Гендік инженерияның мүмкіндіктері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..2

Негізгі бөлім
1. Инсулин өндірісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
А) лейцин.энкефалин мен брадикинин синтезі ... ... ... ... ... ... ... .6
Ә) Соматостатинді алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
2. Соматотропин синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
3. Интерферонды алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 11

Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15

Қосымша мәліметтер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .17

Пайдаланған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24

Гендік инженерия биотехнологияның маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. 70-жылдары пайда болған бұл ғылым қазіргі күні үлкен жетістіктерге жетіп отыр. Гендік инженерия әдістерінің көмегімен бактериялар, ашытқылар, өсімдік және жануарлар клеткалары емдік белокты кең көлемде өндіретін «фабрикаларға» айналды. Бұл белоктардың құрылысы мен қызметін терең зерттеп, оларды емдік қосылыстар ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Рекомбинантты ДНҚ технологиясының дамуының нәтижесінде эукариот гендерін бөліп алып, гетерологиялық жүйелерде экспрессиялауға болады. Қазіргі күні гендік инженерия әдістерінің көмегімен прокариот және эукариот клеткаларында қызмет етуге қабілетті генетикалық жүйелер құрастырылады. Бұл мүмкіндік жаңа құнды қасиеттері бар, мысалы эукариот белоктарын синтездеу, организмдерді құрастыруға жағдай жасады. Белокты өнімдердің арасында гормондар сияқты биологиялық активті қосылыстар үлкен қызушылық туғызуда. Олардың ішінде белокты және пептидті гормондар маңызды орын алады. Медицинаға өте қажет бұл қосылыстар жануарлар ұлпаларынан экстрациялау арқылы алынған. Салыстырмалы түрде қысқа пептидтерді химиялық синтезбен алуға тырысқан. Алайда бұл әдіс өте тиімсіз болып шықты. Жоғары түрлік спецификасы бар кейбір гормондар өліктерден алынылды.
Гендік инженерияның мүмкіндіктері маңызды гормондарды микроб клеткаларында синтездеп, көп мөлшерде алуға үміт берді. Қазіргі күнге дейін көптеген пептидті гормондар рекомбинантты ДНҚ технологиясы көмегімен өндіріледі (1-сурет).
Емдік қосылыстар болып табылатын түрлі адам белоктарының 400 астам гендері (негізінен кДНҚ түрде) клондалды (1-кесте). Алайда олардың көбі клиникалық тексерулер үстінде. Мамандардың есептеуінше, адам белогы негізіндегі емдік қосылыстардың көлемі шамамен 150 млрд. АҚШ долларын құрайды және бұл сан үнемі артып отыр.

1. Егорова Т.А. «Основы биотехнологии», Издат. центр «Академия», Москва,2003
2. Квеситадзе Г.И., Безбородов А.М. «Введение в биотехнологию», издат. «Наука», Москва,2002.
3. Б. Глик, Дж. Пастернак “Молекулярная биотехнология. Принципы и применение”. Издательство “Мир”, Москва,2002
4. Альберт Сассон. Биотехнология: Свершения и надежды. “Мир”, Москва, 1987
5. С.В.Пономаренко. Экспрессия в клетках бактерии рекомбинантного белка, аналогичного препроинсулину человека. Биотехнология. Теория и практика. №1, 2008
6. Складнев Д.А. Что может биотехнология?

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 24 бет
Таңдаулыға:

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Биология факультеті

РЕФЕРАТ

Микроорганизмдер көмегімен инсулин, интерферон және реттеуші пептидтерді
өндіру

Орындаған: І курс магистранты
Арбаканова Д.С.
Тексерген: б.ғ.д., профессор
Кенжебаева С.С.

Алматы 2008
Жоспар:
Кіріспе
Гендік инженерияның
мүмкіндіктері ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... 2

Негізгі бөлім
1. Инсулин
өндірісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ..4
А) лейцин-энкефалин мен брадикинин
синтезі ... ... ... ... ... ... ... .6
Ә) Соматостатинді
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ...8
2. Соматотропин
синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .9
3. Интерферонды
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... . 11

Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... 15

Қосымша
мәліметтер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ...17

Пайдаланған әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ..2 4

Гендік инженерия биотехнологияның маңызды құрамдас бөлігі болып
табылады. 70-жылдары пайда болған бұл ғылым қазіргі күні үлкен
жетістіктерге жетіп отыр. Гендік инженерия әдістерінің көмегімен
бактериялар, ашытқылар, өсімдік және жануарлар клеткалары емдік белокты кең
көлемде өндіретін фабрикаларға айналды. Бұл белоктардың құрылысы мен
қызметін терең зерттеп, оларды емдік қосылыстар ретінде қолдануға мүмкіндік
береді. Рекомбинантты ДНҚ технологиясының дамуының нәтижесінде эукариот
гендерін бөліп алып, гетерологиялық жүйелерде экспрессиялауға болады.
Қазіргі күні гендік инженерия әдістерінің көмегімен прокариот және эукариот
клеткаларында қызмет етуге қабілетті генетикалық жүйелер құрастырылады. Бұл
мүмкіндік жаңа құнды қасиеттері бар, мысалы эукариот белоктарын синтездеу,
организмдерді құрастыруға жағдай жасады. Белокты өнімдердің арасында
гормондар сияқты биологиялық активті қосылыстар үлкен қызушылық туғызуда.
Олардың ішінде белокты және пептидті гормондар маңызды орын алады.
Медицинаға өте қажет бұл қосылыстар жануарлар ұлпаларынан экстрациялау
арқылы алынған. Салыстырмалы түрде қысқа пептидтерді химиялық синтезбен
алуға тырысқан. Алайда бұл әдіс өте тиімсіз болып шықты. Жоғары түрлік
спецификасы бар кейбір гормондар өліктерден алынылды.
Гендік инженерияның мүмкіндіктері маңызды гормондарды микроб
клеткаларында синтездеп, көп мөлшерде алуға үміт берді. Қазіргі күнге дейін
көптеген пептидті гормондар рекомбинантты ДНҚ технологиясы көмегімен
өндіріледі (1-сурет).
Емдік қосылыстар болып табылатын түрлі адам белоктарының 400 астам
гендері (негізінен кДНҚ түрде) клондалды (1-кесте). Алайда олардың көбі
клиникалық тексерулер үстінде. Мамандардың есептеуінше, адам белогы
негізіндегі емдік қосылыстардың көлемі шамамен 150 млрд. АҚШ долларын
құрайды және бұл сан үнемі артып отыр.

1-кесте. Гендік инженерия әдістерінің көмегімен алынған кейбір белоктар

Белок Аурудың түріФизиологиялық процесс
Адренокортикотропты гормон Ревматизм
α1-Антитрипсин Эмфизема
Бактериоцидтіөткішгіштікті жоғарлатушыӘр түрлі инфекциялар
белок
Гемоглобин Анемия
Өсу гормоны (соматотропин) Өсудің бәсеңдеуі
Инсулин Қант диабеті
Инсулинтекті өсу факторы Қант диабеті, бүйректік жеткіліксіздік
Интерлейкиндер Ісікті түзілімдер, иммунды аурулар
Интерферондар Вирусты аурулар, ісікті түзілімдер,
рассеянный склероз
Кальцитонин Остеомаляция
Лимфотоксин Ісікті түзілімдер
Мида түзілетін нейротропты фактор Бүйірлі амиотрофты склероз
Релаксин Босану
Интерлейкин-1 рецепторы Астма, ревматоидты артрид
Соматолиберин Өсудің бәсеңдеуі
Соматомедин С Өсудің бәсеңдеуі
Сарысу альбумині Плазма белоктарының жеткіліксіздігі
Тиреотропты гормон Қалқанша бездің ісігі
Плазмогеннің ұлпалы активаторы Тромб түзілу
Өсудің тромбоцитарлы факторы Атеросклероз
Урагострон Язва
Урокиназа Тромб түзілу
Макрофагтарды активтендіретін фактор Ісікті түзілімдер
Ісік некрозының факторы Ісікті түзілімдер
Жүйкенің өсу факторы Жүйке ұлпасының зақымдануы
Эпидермистің өсу факторы Күйіктер
VIII факторы Гемофилия
IX факторы Гемофилия
В-лимфоциттердің өсу факторлары Иммунды аурулар
Колониестимулдеуші факторлар Ісікті түзілімдер
Хорионды гонадотропин Әйел ұрпақсыздығы
Эндорфиндер мен энкефалиндер Ауру
Эритропоэтин Анемия, бүйрек аурулары

1-сурет. Рекомбинантты белокты алу технологиясының схемасы
Инсулин өндірісі. Инсулин – қарын үсті безінің гормоны, көмірсулардың
алмасуын және қандағы қанттың қалыпты деңгейін ұстап отырады (2-сурет).
Гормонның жетіспеушілігінен қант диабеті пайда болады, бұл ауру көп
таралған дерттердің арасынан жүрек тамырлары мен ісік ауруларынан кейінгі
үшінді орынға ие. Инсулин – 51 амин қышқылының қалдығынан тұратын және бір-
бірімен қос дисульфидті байланыспен байланысқан екі полипептидті тізбектен
құралған глобулярлы белок. Ол бір тізбекті алғы заты – препроинсулин
түрінде синтезделеді, препроинсулинде соңғы сигналды пептид (23 амин
қышқылды қалдық) және 35-звенода қосатын пептид бар (С-пептид). Сигналды
бөлікті бөлген кезде клеткада 86 амин қышқылды қалдығы бар проинсулин
түзіледі, онда инсулиннің А және В тізбектері өзара С-пептидпен
байланысады. С-пептидін алып тастағанда инсулин түзіледі.
Қант диабетінің бірнеше түрлері белгілі. Ең ауыры инсулинге тәуелді
(науқасты емдеуге инсулин қажет) формасы болып табылады. Бұл аурудың себебі
– осы гормонды синтездейтін клеткалардың (қарын үсті безіндегі Лангерганс
аралшықтарының клеткалары) өлімі. Инсулинді қажет етпейтін (инсулинген
тәуелсіз) диабеттің түрі арнайы диетамен, белгілі бір тамақтану тәртібімен
емделінеді. Көн жағдайда ірі қара мен шошқалардың қарын үсті бездері ет
өндірісінде қолданылмайды және рефрижеторлық вагондарда фармацевтикалық
өнеркәсіптерге жіберіледі, мұнда гормонның экстрациясы өтеді. Алайда ірі
қараның қарын үсті безінің салмағы небарі 200-250 г, ал 100 г кристалды
инсулинді алу үшін 800-1000 кг шикізат керек.

2-сурет. Инсулин түзетін қарын үсті бездердің В-клеткалары (жасыл және
қызыл-сары түсті)

1922 жылы Фредерик Бантинг және Чарльз Бест қарын үсті безі
экстрактынан инсулинді бөліп алып, оны қанға енгізгенде, глюкозаның
мөлшерін төмендететінін көрсетті. 1923 жылы Бантинг және МакЛеод инсулинді
ашуы үшін Нобель сыйлығын алды.1963 және 1965 жылдары АҚШ, Қытай мен ФРГ
елдерінің зерттеушілері бірігіп, инсулинді алу үшін екі тізбекті синтездеп,
оларды дисульфидтік байланыстармен қосу жұмыстарын жүргізді. 1980 жылы
Ново индастри дания компаниясы шошқа инсулинін адам инсулиніне В
тізбегіндегі 30-шы аланин қалдығын треонин қалдығына ауыстыру арқылы
өзгерті. Инсулиннің екі түрі активтілігі және әсер ету уақыты бойынша бір-
бірінен айырмашылықтары жоқ. 1955 жылы Сэнгер инсулиннің амин қышқылдық
қатарын ашқан болатын. Екі тізбектің синтезі үшін 170 реакция қажет,
сондықтан оны химиялық жолмен алу тиімсіз еді.
Инсулинді гендік инженерия әдістерімен алу жұмыстары 30 жыл бұрын
басталды. 1978 жылы тышқан проинсулинін синтездейтін ішек таяқшасыштамы ның
құрастырылғаны туралы мәліметтер ақпарат құралдарында кездесе бастады
(АҚШ). Сол жылы E.coli клеткаларында синтетикалық гендерді экспрессиялау
арқылы адам инсулинінің жеке тізбектері синтезделді. Синтетикалық гендердің
әрқайсысы β-галакзидаза ферменті генінің 3'-соңына тігіліп, векторлы
плазмидаға (рВR322) енгізілді (3-сурет). Рекомбинантты плазмидалармен
трансформацияланған E.coli клеткалары β-галакзидаза және оған метионин
қалдығы арқылы байланысқан инсулиннің А немесе В пептидінен тұратын химерлі
белокты синтездейді. Химерлі белокты бромцианмен өңдегенде, пептид босап
шығады. Алайда түзілген инсулин тізбектерінің арасында дисульфиттік
көпіршіктердің түзілуі қиын өтеді.

2-кесте. Инсулинді алудың негізгі сатылары

3-сурет. Инсулин синтезінің схемасы

1981 жылы проинсулиннің ген-аналогы – мини-С-проинсулин алынды, оның
35-ші звеносында С-пептиді 6 аминқышқылды (арг-арг-гли-сер-лиз-арг)
бөліммен ауыстырылды және E.coli-де экспрессиясы жүргізілді.
1980 жылы У.Гилберт әріптестерімен тышқан қарын үсті безіндегі ісікке
шалдыққан β-клеткаларынан түзілетін инсулиннің мРНҚ-сын бөліп алып, кері
транскриптаза көмегімен кДНҚ синтездейді. Түзілген кДНҚ-ны рВR322 E.coli
плазмидасына, пенициллиназа генінің ортасына тігеді. Рекомбинантты
плазмидада проинсулин құрылымы туралы ақпарат жазылған. Клеткаларда мРНҚ
тарнсляциясы нәтижесінде пенициллиназа және проинсулин қатары бар
(біріншісі трипсин көмегімен ыдыратылады) гибридті белок түзіледі.
Гендік инженерия әдістерінің жетелдірілуі гормонды жоғары мөлшерде,
200 мг культураның мл. алуға мүмкіндік берді. Көптеген клиникалық
зерттеулерден кейін 1982 жылдан бастап өндірістік масштабта алына басталды.
1978 жылы Биоорганикалық химия институтында Ю.А.Овчиниковтың
бастауымен нейропептидтердің синтезін кодтайтын екі құрылымдық гендердің –
лейцинэнкефалин мен брадикинин синтезі жүзеге асырылды. Синтезделген
лейцинэнкефалин генінің екі жабысқақ соңы бар:
5'--------------------------------- ------------------------3'
EcoRI
жабысқақ соңы
ААТТЦАТГТАТГГТГГЦТТТЦТГТАА
ГТАЦАТАЦЦАЦЦГАААГАЦАТТЦТАГ

BamHI жабысқақ соңы
3'--------------------------------- ------------------------5'

Алынған ген промоторы және E.coli клеткасының β-галакзидаза гені бар
табиғи ДНҚ-мен рВR322 плазмидасына енгізеді және рестриктазалар – EcoRI
мен BamHI қоспасымен өңделеді. Құрастырылған рекомбинантты рЕк плазмидазы
E.coli клеткаларына трансформацияланады. Экспрессия нәтижесінде бактерия N-
соңында β-галакзидаза, ал С-соңында нейропептидтің қатары бар гибридті
(химерлі) белокты өндіре бастады. In vitro жағдайында химерлі белокты
бромцианмен ыдыратып, активті лейцинэнкефалин алды. 4–суретте
лейцинэнкефалиннің синтетикалық генін клондау және оның ішек таяқшасындағы
экспрессиясы көрсетілген.

4-сурет. Гибридті және активті лейцин-энкефалин синтезінің схемасы
Ұқсас жолмен гипоталамустың гормоны – соматостатин синтезделді.
Соматостатиннің молекуласы 14 амин қышқылды қалдықтан тұрады. Инсулин мен
адам өсуінің гормондарының бөлінуін тежейді. Хоуп (Калифорния) Ұлттық
медициналық орталықта соматостатинді кодтауға қабілетті ұзындығы 42
нуклеотидті геннің синтезі жүргізілді. Соматостатин гормонын кодтайтын ДНҚ
бөлігі тринуклеотидті қосу арқылы алынды. Синтетикалық геннің 52 н.ж. 42
жұбы гормонның құрылымдық гені болып табылады, ал қалғандары рВR322
плазмидасына, сонымен қатар E.coli геномындағы лактозды оперонына немесе β-
галакзидаза геніне енгізілді.
Соматостатин синтезінің ген-инженериялық жолдары 5–суретте
көрсетілген. Соматостатиннің синтетикалық гені E.coli рВR322 плазмидасына β-
галакзидаза ферментін кодтайтын геннің қасына тігеді. Екі геннің арасына
метионин кодоны енгізіледі. Рекомбинантты плазмиданы бактериялық клеткаға
тасымалдағанда ішек таяқшасы гибридті белокты синтездей бастады.
Соматостатинді β-галакзидазадан BrCN көмегімен ыдыратады. Химерлі
белоктарды қолдану себебі – клетканың протеазалары бос күйінде синтезделген
соматостатин молекулаларын тез ыдыратып жібереді. Соматостатинді гендік
инженериялық жолмен ең алғаш рет 1977 жылы Бойер алды. Гормонның шығымы 1
клеткаға 10000 молекула. 100 г E.coli биомассасынан 5 мг соматостатинді
алуға болады, мұндай мөлшерді 100 г қой миысынан алынады.

5-сурет. Бактериялық жүйеде соматостатин синтезінің схемасы
Соматотропин синтезі. Соматотропин (немесе адамның өсу гормоны АӨГ)
гипофиздың алдынғы бөлігінде секрециялайды. 1963 жылы ең алғаш рет
гипофизден бөлініп және тазаланып алынды. Оның жетіспеушілігінен гипофиздік
ергедейлік пайда болады (5000 адамға бір адам). Гормонның түрлік
спецификасы бар. Негізінен оны өліктерден алады, бірақ аз мөлшерде. Гормон
дамыған елдерде кездесетін гипофиздік ергежейліктің тек 13 жағдайларына
жетеді. Негізгі өндірушілері – АҚШ, Швеция, Италия, Швецария. Соматотропин
гормоны 191 аминқышқылдар қалдығынан тұрады.
Өлік материалынан алынған препарат бірнеше формалы қоспадан тұрады,
олардың бесеуінің салмағы 22 кДа, басқалары димерлер, ал қалғандары
протеолизде пайда болатын фрагменттер. Сондықтан науқастардың 30%-да
гормонға қарсы антигендер түзіліп, оның биологиялық активтілігін жояды.
Осыған байланысты қазіргі кезде самотропин арнайы құрастырылған
бактериялар клеткаларында гендік инженерия әдістерімен алынады. E.coli
клеткаларында синтезделген АӨГ молекуласының NH2 соңынында метионин қосымша
қалдығы бар. 1979 жылы Д.Гедделль әріптестерімен 191 аминқышқыл қалдығынан
тұратын АӨГ биосинтезін жүргізді. Алдымен екі тізбекті кДНҚ клондады, одан
кейін ыдырату нәтижесінде алғашқы 23 аминқышқылы – фенилаланиннен (-NH2)
лейцинге дейін (23), басқа гормонның аминқышқылдық қатарын кодтайтын
тізбегі және басында АТG старт-кодоны бар 1-23 аминқышқылдарынан тұратын
синтетикалық полинуклеотид алынды. Осыдан кейін екі фрагментті қосып, lac-
промотор мен рибосомамен байланысатын бөліктен түзілген жұпқа біріктіреді.
Гормонның соңғы шығысы 1 мл культурадан 2,4 мкг тең болды, яғни бір клетка
гормонның 100000 молекуласын түзеді. Пайда болған гормонның полипептидті
тізбегінің соңында метиониннің қосымша қалдығы бар, биологиялық активтілігі
жоғарырақ болды. 1984 жылдан бастап көптеген клиникалық зерттеулерден кейін
Генентек (Сан-Франциско) компаниясы бактериялды соматотропиннің кең
масштабтя өндірісі жүргізіле басталды.
Соматотропинді гендік инженерия әдістерімен алу схемасы 6-суретте
берілген. Алдымен гипофиздің клеткаларынан сәйкес мРНҚ бөліп алынады. Одан
кейін кДНҚ синтезі жүргізіліп, оның сигналды пептидті кодтайтын бөлігін
ыдыратып орнына АТG триплетін орналастырады. Бұл триплет метионинді
кодтайды және белоксинтездеуші клеткалық жүйедегі трансляцияның басталу
сигналы болып табылады. Осылай құрастырылған геннің дұрыс экспрессиясы үшін
оған реттеуші элементтер (промотор мен мРНҚ-ның рибосомаға байланысуын
қамтамасыз ететін лидерлі тізбекті қатар) қосылады. Құрастырылған құрылымды
плазмидаға енгізіп, векторды алады. Одан кейін векторды клеткаға
трансформациялап, АӨГ синтездейді.

6-сурет. Соматотропинді алу схемасы

1982 жылы бір уақытта Пастер институтында (Париж) және Молекулалы
биология институтында (Мәскеу) АӨГ E.coli клеткаларынан және жануарлардың
клеткалар культураларынан алынды.
Соматотропиннің гипоталамусты рилизинг-фактордың (СТГ-РФ)биологиялық
активтілігі бар полипептидті бөліп алу және синтездеу үлкен қызушылық
тудыруда. Бұл факторды енгізу соматотропин жетіспеушілігін орын басуға
болады. Сөйтіп, гендік құрастырулар нәтижесінде бактериялық клеткалардан
бөлініп алынған СТГ-РФ мен гормонның өзін ергейжейлікпен және диабеттің
кейбір формалары, күйіктен кейінгі ұлпалардың регенерациясы, т.с.с.
ауруларды емдеуде үлкен маңызға ие болып отыр.
β-Эндорфин – 31 амин қышқылының қалдығынан тұратын ми опиаты, оны
1980 жылы Австралия және АҚШ ғалымдарының тобы гендік құрастырылған
клеткаларда синтездеп алған. E.coli клеткаларынан β-Эндорфин β-галакзидаза
белокпен бірге химерлі белок түрінде бөіп алынған. β-Эндорфиннің синтезі
келесі сатылардан тұрды: кері транскрипция арқылы мРНҚ-дан кДНҚ алу; β-
Эндорфиннен басқа оның құрамында кейін ыдыратылатын АКТГ және β-липотропин
қатарлары бар. Гибридті белоктан түзілген және тазаланып алынған β-
Эндорфиннің жоғары биологиялық активтілігі бар. Ол β-Эндорфинге қарсы
антисарысумен өзара әрекеттеседі. Адам β-Эндорфиннің гендік инженерия
әдісімен алынған β-Эндорфиннен 2 амин қышқылы бойынша айырмашылығы бар және
бұл ерекшеліктер бактериялық плазмиданың ДНҚ-сында 2 кодонды өзгерту арқылы
нуклеотидтің деңгейде жөндеуге болады.

Интерферондарды алу. Интерферондар вирусты инфекцияларға тұрақтылық
факторлары ретінде 1957 жылы Лондондағы Медициналық зерттеулердің ұлттық
институтында ашылған. Вируспен зақымданған жануарлар клеткалары ортаға
вирусқа төзімділікті жас клеткаларға беретін факторды бөлетінін анқтаған.
Ол клеткаларда вирустардың таралуын алдын алған және интерферон деген атқа
ие болды.
Интерферондардың 3 түрі белгілі: α-интерферондар (α-И), вирустың
әсерінен лейкоциттерде түзілетін; фибробластарда синтезделетін β-
интерферондар (β-И); бактериялар мен вирустардың антигендеріне жауап
ретінде лимфоциттерде түзілетін γ-интерферондар (γ-И).
α-интерфероннан басқа интерферондар гликопротендер; глобулярлы
белоктар. α-интерферонда екі дисульфидтік байланысы бар. Интерферондар –
146-166 амин қышқыл қалдықтардан құралған төмен молекулалық белоктар;
түрспецификалық.
Интерферондардың ішінде α-интерферондар жақсы зерттелегн; оларды
шамамен 20 гендер кодтайды. α-интерферондардың гетерогенді қатарларымен
салыстырғанда γ-интерферондар бір генмен кодталатын тек бір белок болып
табылады. Адамның β-интерферонына сәйкес келетін тек бір белок - β1-
интерферон бөлініп алынды. Геномда әр түрлі β-интерферондарды кодтайтын
бірқатар гендер бар деген болжам бар. Интерферондар – инфекцияға қарсы
қорғаныстың бірінші қамалы болып табылады.
Интерферондар әр түрлі ауруларды – вирусты гепатит, рассеянный
склероз, остеосаркома, миелома және лимфоманың кейбір түрлері емдеуде
пайдаланылады. Сонымен қатар, меландарға, тамақ, өкпе, ми ісіктеріне қарсы
қолданылады.
Емдік мақсатта пайдаланылатын интерферондардың жоғары спецификасын
ескере отырып, адам клеткаларынан алынатын препараттар қажет. Дәстүрлі
әдіспен оларды адам қанынан алады (1 л қаннан тек 1 мкг интерферон шығады).
Көп уақыт бойы интерферонның дүние жүзілік өндірісінің үлкен бөлігі
Финляндияда (Хельсинки) жүргізілді, кейін Францияда. 1980 жылдан бастап
жапондық бір компания лимфобластоидты клеткалардан лимфобластоидты
интерферондарды алу өндірісін жетілдірді. Осындай мақсатпен берілген
клеткалардың культураларын сендай вирусымен индукциялайды, одан кейін
интерферонды оларға қарсы моноклонды антиденелермен толтырылған
хроматографиялық колонкаларда бөліп алады. Швецияда көлемі 2000 л
ферментерлерде лимфобластарды өсірді, бөлініп алынған интеферондарды
моноклонды антиденелер көмегімен тазалап алды.
Интерфенрондардың ішінде дүние жүзілік өндіріс үшін β-интерферондар
икемдірек болып келеді. Ұрық ұлпаларынан алынған фибробластарды клеткалар
культурасында өсіруге болады. β-интерферондарды алу әдісі Англияда
құрастырылған.
Жоғарыда аталып кеткен әдістердің бағасы қымбат, соңғы өнімінің
мөлшері төмен және препараттың тазалығы жеткілікті емес. Қазіргі кезде
генетикалық құрастырылған микроорганизмдер көмегімен интерферондардың
биосинтез әдісі тиімді болып отыр. Алайда адам интерферондарын гендік
инженерия әдістерімен алу технологиясы бірқатар қиыншылықтар тап болады.
Біріншіден, әр түрлі белоктарды кодтайтын мРНҚ қоспасында интерферондарды
кодтайтындарының саны өте аз – шамамен тек 0,1%. Сонда да кері
транскриптаза көмегімен алынған кДНҚ E.coli клеткаларында клондалды, бұл
интерферон зерттеулерінде елеулі оқиға еді. Интерферн гені векторлы ДНҚ
тігіліп, оған бактериялық клеткада транскрипция және трансляциясын
бақылайтын реттеуші элементтер қосылды (7-сурет).

7-сурет. E.coli клеткаларында адам интерферонының синтезін жүргізетін
рекомбинантты плазмиданың схемасы

Клеткада интерферондар алдымен сигналды пептиді бар алға заты түрінде
түзіледі, одан кейін сигналды бөлігі ыдыратылып, толық биологиялық
активтілігі бар нағыз интерферон пайда болады. Бактерияларда сигналды
пептидті ыдырататын ферменттері жоқ. Сондықтан бактериялар жетілегн
интеферонды синтездеу үшін сигнальді пептидті кодтайтын геннің бөлігін алып
тастайды. Берілген жұмыс келесі сатылардан тұрады. Интерферон генінің Sau
3A1 рестриктазасымен ыдыратылатын үш ауданы бар, олардың біреуі сигналды
пептидтің қасында орналасқан. Осы ферментпен генді толық емес ыдыратқан
кезде, бірінші цистеині жоқ жетілген интерферонды кодтайтын нуклеотидтік
қатары бар геннің фрагментін алу мүмкіндік бар. Цистеинді кодтайтын АТГ
триплетті фермент сигналды бөлікпен бірге ыдыратады. Геннің толық
полинуклеотидті қатарын құрастыру үшін химиялық жолменен берілген триплеті
және қосымша АТГ триплеті – белок синтезінің инициациясы нүктесі бар ДНҚ
үлкен емес фрагменті синтезделді. Бұл фрагментті бөлектенген геннің орнына
орналастырады. Құрастырылған генді плазмидаға тігіп, бактерия клеткасына
енгізеді. Плазмидасы бар E.coli клеткаларынан алынған экстрактардың вирусқа
қарсы активтіліктері болды.
Гендік инженерия әдістерімен синтезделген интерферондардың физико-
химиялық қасиеттері бойынша донорлар қандарынан алынатын интерферондар өте
жақын болып келді. 1 л бактериялық суспензиядан 5 мкг интерферон түзетін
бактериялық штамдар жасалынды (бұл көрсеткіш 1 л адам қанынан алынатын
интерферон мөлшерінен 5000 есе артық). Гендік инженерия әдістерімен α-, β-
және γ-интерферондарын синтейтін бактериялар штамдары құрастырылды. E.coli
β- және γ-интерферондарды алу үшін қолданудың кемшілігі – эукариотты
белоктардың гликолиздену аппараттарының болмауы. Алайда β- мен γ-
интерферондарының вирусқа қарсы қасиеттеріне гликолиздену немесе
гликолизденбеудің әсері толық анықталмаған.
Қазіргі кезде интерферон гендері гликолиздек реакцияларын жүргізетін
ашытқылар және жоғары эукариот клеткаларында клондалды.
1981 жылы АҚШ-та ең алғаш рет адамдағы лейкоцитті интерферонның
синтезін жүргізу үшін гендік өзгертілген Saccharomyces cerevisiae
ашытқылардың клеткалары қолданылды. LeIF генінің эффективті экспрессиясы
және бактерияларды ашытқы клеткаларымен алмастыру интерферон өндірісін 10
есе жоғарлатты.
Көптеген зерттеулер 166 аминқышқылынан тұратын адамның лейкоцитті
белогын кодтайтын геннің химиялық синтезіне арналған. 514 н.ж. тұратын
берілген ген синтезделген гендердің ішінде ең ірі, оны 1982 жылы ағылшын
зерттеушілері синтездеп алды.
Алайда интерферондарды гендік инженерия жолымен алу технологиясының
жетістіктеріне қарамастан, көптеген мәселелері бар. Интерферондардың барлық
гендері толығымен ашылмады, мысалы жаңа αL гендері табылды.
Интерферондардың биологиялық әсерлерінің схемасы 8–суретте берілген.
Интерферондар клеткалық рецепторлармен байланысып, екі ферментті
синтездейді: 2',5'-олигоаденилатсинтетаза және протеинкиназа. 2',5'-
олигоаденилатсинтетаза 2',5'-олигоаденилаттардың синтезін жүргізеді (АТФ-
тен), олар клеткалық рибонуклеаза І активтендіреді; протеинкиназа IF2
трансляция инициациясының факторын фосфорлайды. Осындай жағдайлардың
нәтижесінде инфекцияланған клеткадағы вирустың көбеюі және белок
биосинтезінің ингибирленуі жүріп, клетка лизиске ұшырайды. Итерферондардың
басқа да әсерлері, мысалы тРНҚ инактивациясы, метилдену процестерінің
бұзылуы, т.б. болуы мүмкін.

8-сурет. Интерферондардың биологиялық әсерлерінің схемасы

Биотехнологияның салаларының ішінде медициналық биотехнология
қарқынды дамып келеді. Биотехнологиялық әдістермен өндірілетін фармацевтика
өнімдерінің дүние жүзілік нарығы бүкіл биотехнология нарығының тең жартысын
алады; оның көлемі 2000 жылы 29 млрд. АҚШ долларын құрды. Жаңа
биотехнологияның өнімдері - гендік инженериялық емдік препараттар,
вакциналар және диагностика тәсілдері. Гендік инженерлік емдік препараттар
медициналық биотехнологияның үлкен бөлігі болып табылады. Соңғы
онжылдықтарда нарықта пайда болған осындай препараттар - табиғи
биорегуляторлар және биологиялық активті қосылыстар; медициналық
мақсаттарда олардың синтезін организмнен тыс жүргізу мүмкін емес немесе
қиын. Инсулин, интерферон, өсу гормоны, урокиназа, қан ұйюының факторы,
эритропоэтин, т.б. препараттар биотехнологиялық әдістермен өдіріліп, дүние
жүзілік рынокта үлкен орын алады. Қымбат бағасына қарамастан емдік
қосылыстардың генинженериялық аналогтарын өндірудің тиімділігі, олардың
төмен аллергиялық әсерімен және жоғары тазалық деңгейіне байланысты.
Нарықта басқа препараттардың (интерлейкиндер мен олардың ингибиторлары,
колониестимулдеуші, өсу факторлары, атриалды натрийуретикалық фактор,
супероксиддисмутаза, ангиогенин, плазмогеннің ұлпалық активаторы,
вакциналар, моноклонды антиденелер) аналогтары жоқ және олардың кең
спектрлі биологиялық қасиеттеріне байланысты кең қолданыс аясына ие, осыған
байланысты әр өнім үшін 1-5 млрд. АҚШ долларын құрайтын үлкен потенциалды
нарығы бар.

Қазіргі кезде биотехнологиялық фарминдустрияда генинженерлік емдік
препараттар өндірісі басты бағыттардың бірі. 1989 жылы дүние жүзілік
нарықтағы генинженерлік препараттар 1,1 млрд. доллар құрды; мамндардың
есептеуінше бұл көрсеткіш 1995 жылы 4,29 млрд. доллар, 2000 жылы 11,4 млрд.
долларға жетеді. Алайда рекомбинантты емдік қосылыстардың сатылымы 199 жылы
11,5-15 млрд. доллар, 2000 жылы 14-16 млдр. доллар құрды. Генинженерлік
инсулинді алу өндірісі ең ірісі болып табылады, жаңа биотехнология өндірісі
өнімдерінің ішінде оның бөлігі 18 тең%, ақшамен есептегенде 3
млрд.доллардан асады. Соңғы 6 жылда сатылатын гормон текті генинженерлік
медикаменттердің ішінде рекомбинантты эритропоэтин алғы қатарға шықты, оның
әр түрлі өзгертулері анемия, жүрек тамырлары, ісік ауруларды емдеуде
қолданады: егер 1991 жылы сатылымының көлемі 200-400 млн.доллар болса, 2000
жылы 6 млрд.доллардан асты. 2001 жылы Amgen компаниясы Aranеsp деп аталатын
басқа препаратты шығарды. Ол анемиямен ауратын науқастарға арналған.
1991 жылы соматотропиннің модифицирленген түрлерінің сатылым көлемі
200 млн.долларды құрды, ал 1999 жылы 1,2 млрд.доллардан асты. Рекомбинантты
фоллитропиндер 1998 жылы 400 млн.доллардан астам соммада сатылса, 500
млн.доллардан жоғары бағаға жетті. Нарықтағы генинженерлік емдік
препараттар ішінде рекомбинантты интерферондар елеулі орын алады.
интерферондардың дүниежүзілік сатылым көлемі 1991 жылы 200 млн.доллардан
аспады, 1998 шамамен 1,4 млрд.долларға жетті, ал 2000 жылы 2 млрд.доллардан
асып түсті. Сатылым лидері Avonex (интерферон бета-1а, Biogen) және
Betaferon (интерферон бета-1в, Berlex Laboratories) болып табылады. Avonex
1997 жылы шығарылды, сатылым көлемі 1998 жылы 400 млн. долл., 1999 жылы 620
млн. долл. құрды; Betaferon препаратының сатылымы 1998 жылы 330 млн. долл.,
1999 жылы 408,6 млн. долларға тең болды.
Қазіргі кезде қоршаған ортаның экологиялық жағдайларының әсері
көптеген аурулардың көбеюіне себеп болды. Осыған байланысты емдік
препараттарға деген сұраныс жоғарлауда.

•
•
•

Қосымша мәліметтер
•
• 1994 жылы Великобритания ханшайымы ІІ Елизавета Петербург университетінің
биохимиялық генетика лабораториясында болып, ашытқы клеткаларынан маңызды
белоктарды ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.