Иммунобиотехнология лекарственных средств

Сформированы глобальные цели биотехнологии - этой жизненно необходимой области деятельности человечества. Это здоровье, экология, получение продуктов питания, энергетика, техника, технология и освоение космического пространства. Все эти направления не обособлены, они тесно связаны друг с другом.

В программе здоровья есть область – иммунобиотехнология.

Что такое иммунная система?

Позвоночные животные обладают механизмом надзора, который называется иммунной системой. Эта система защищает их от болезнетворных (патогенных) микроорганизмов, таких, как бактерии и вирусы, и от раковых клеток. Она специфически распознает и избирательно уничтожает вторгшиеся чужеродные агенты.

Наука об иммунной системе, иммунология, внесла значительный вклад в такие области современной медицины и ветеринарии, как борьба с инфекциями, переливание крови, вакцинация, трансплантация органов, лечение аллергии, аутоиммунных заболеваний и рака.

Иммунитет у позвоночных обеспечивается системой, имеющей два основных способа защиты от чужеродного вторжения (рис. 3). Клеточный иммунный ответ особенно эффективен против грибов, паразитов, внутриклеточных вирусных инфекций, раковых клеток и чужеродных тканей. Гуморальный иммунный ответ проявляется в период внеклеточной фазы бактериальных и вирусных инфекций. Кроме этих двух механизмов иммунитета большая роль принадлежит фагоцитозу.

В организме позвоночных это морфологически организовано на лимфоидных клетках – лимфоцитах. Клеточный иммунный ответ – Т-клетки. Когда чужеродное вещество попадает в организм, распознающие его Т-клетки активируются и инициируют реакцию, в результате которой это чужеродное вещество уничтожается. Гуморальный иммунный ответ – В-клетки. В-клетки активируются в процессе распознавания чужеродного агента, дифференцируются в плазматические клетки и секретируют антитела-сыворотные белки, специфически связывающиеся с этим чужеродным веществом и вызывающие цепь разнообразных реакций, направленных на элиминацию (удаление) его из организма. За фагоцитоз – отвечают макрофаги. Этот класс клеток отвечает за поглощение чужеродного агента, его расщепление и предоставление Т- и В-клеткам. Кроме этих основных клеток иммунной системы существуют и друг вспомогательные клетки, роль которых обеспечивать надежную работу указанных выше клеток.

Рис. 3. Система иммунитета у позвоночных для защиты от инфекций.

Морфологически иммунная система в организме включает костный мозг (где сосредоточены стволовые клетки – продуценты всех клеток иммунной системы; тимус – школа обучения Т-клеток; лимфоузлы – место встречи антигена, проникающего через дыхательные пути и желудочно-кишечный трак с макрофагами и В- и Т-клетками, а селезенка – место встречи антигена, проникающего через кровь, с такими же клетками. Все эти органы иммунной системы связаны между собой кровеносными и лимфатическими сосудами.

Связь между клетками организма и иммунитета осуществляется цитокинами. Цитокины представляют собой группу полипептидных медиаторов межклеточного взаимодействия, участвующих главным образом в формировании и регуляции защитных реакций организма при внедрении патогенов и нарушении целостности тканей, а также в регуляции ряда нормальных физиологических функций. Сейчас известно уже более 200 индивидуальных веществ, относящихся к семейству цитокинов, которые формируют в организма цитокиновую сеть.

Таким образом, иммунная система, очень кратко охарактеризованная нами выше, предназначена для осуществления защиты организма от патогенов или создания состояния резистентности к заболеваниям. Основными элементами такой системы при вирусных заболеваниях являются сами патогены (РНК-, ДНК-вирусы, бактерии и др.), которые действуя на клетки и составляющие элементы системы иммунитета в организме хозяина, активизируют цитокиновую сеть. В результате в этих клетках синтезируются цитокины (интерфероны, интерлейкины, факторы некроза и др.). Под действием этих вновь синтезированных цитокинов в клетках тканей организма (обозначенных термином «ворота инфекции») через систему рецепторов активизируются ферментативные и другие механизмы подавления патогена). В случае вирусной инфекции этими элементами являются дсРНК-зависимые ферменты: протеинкиназа (дс-ПК) и 2’-5’олиго-аденилатсинтетаза (ОАС), РНК-аза L, аденозиндезаминаза (АД). За этим следует каскад регулируемых ферментами процессов транскрипции и трансляции, приводящий к антивирусному и антипролиферативному состоянию или развитию апоптоза.

Эти сформированные в эволюции механизмы подавления вирусных и бактериальных инфекций с участием дсРНК, цитокинов группы интерферонов, ферментов-нуклеаз позволили начать биотехнологические работы по разработке технологии получения комплекса противоинфекционных препаратов нового поколения.

Индукторы интерферона на основе дсРНК

Целью такой биотехнологической работы было создание противовирусног препарата на основе двуспиральных РНК из киллерных дрожжей (дсРНК).

Философия препарата – аналог вируса, в составе генома которого присутствуют дсРНК, способного индуцировать у позвоночных организмов эндогенный Интерферон, но не обладающий патогенностью нативного вируса.

Продуцент – киллерные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, в составе которых находятся вирусоподобные частицы, геном которых состоит из дсРНК. Этот геном кодирует образование белков-киллеров, способных подавлять дрожжи Saccharomyces cerevisiae, не имеющие вирусоподобных частиц.

Технологическая задача данного проекта состояла: во-первых, из микробиологической части, обеспечивающей получение биомассы киллерных дрожжей с максимально высоким содержанием дсРНК; во-вторых, разработать методологию выделения таких дсРНК и охарактеризовать их по физико-химическим и биологическим показателям.

Таблица 1. Сравнительные характеристики препаратов дрожжевых РНК

Показатель	Высокополи-мерная (вп) РНК	Полирибонат	Нуклеинат натрия	Двуспиральная (дс) РНК
Максимум поглощения при рН 7,5, нм	258	259	257	258
Содержание кислотораство-римой фракции, КРФ, в %	2,2	3,5	60,8	2,0
Содержание РНК, в пересчете на сухое вещество, в %	99,0	98,0	97,0	40,0-65,0
Массовая доля дсРНК в препарате, %	-	-	-	17
Содержание белка, %	0,4	0,2	1,7	1,2
Молекулярная масса (средняя), Д	130,8103	95,7 103	9,3 103	1,5-3106

Анализ экспериментальных образцов и готовых препаратов осуществляли по утвержденным методикам, разработанным в НИКТИ БАВ на основе современных физико-химических методов анализа, вошедших в ТУ на препараты, утвержденные ВГНКИ, Ветфармсоветом и Департаментом ветеринарии РФ (Табл. 1). Препараты высокополимерной и двуспиральной РНК содержат высокомолекулярные РНК с ММ около 100 кД и 1,5-3 млнД соответственно, а нуклеинат натрия - 9,3 кД. По структуре высокополимерная РНК, и на её основе препарат полирибонат (поливедрим) - однонитевая, а препараты вестин (ридостин) - двуспиральная в смеси однонитевыми. Для экспериментов изготавливали также препараты с разным содержанием вп- и дсРНК.